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DE69737574T2 - Process for the preparation of a highly porous membrane of polyvinylidene difluoride - Google Patents

Process for the preparation of a highly porous membrane of polyvinylidene difluoride Download PDF

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DE69737574T2
DE69737574T2 DE1997637574 DE69737574T DE69737574T2 DE 69737574 T2 DE69737574 T2 DE 69737574T2 DE 1997637574 DE1997637574 DE 1997637574 DE 69737574 T DE69737574 T DE 69737574T DE 69737574 T2 DE69737574 T2 DE 69737574T2
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Abstract

The present invention relates to the field synthetic polymeric membrane materials formed from casting polyvinylidene difluoride (PVDF) polymer solutions and/or dispersions. Membranes formed in accordance with the present invention are all highly porous. Both internally isotropic membranes and highly asymmetric PVDF membranes are disclosed. The membranes of the invention are useful in a variety of microfiltration and ultrathin applications.

Description

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

1. Gebiet der Erfindung:1. Field of the invention:

Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von synthetischen polymeren Membranmaterialien, die durch Gießen von Polyvinylidendifluorid(PVDF)-Polymerlösungen und/oder -dispersionen geformt werden. Membranen, die erfindungsgemäß geformt werden, sind alle hoch porös. Sowohl intern isotrope Membranen als auch stark asymmetrische PVDF-Membranen werden offenbart. Die erfindungsgemäßen Membranen sind für eine Vielzahl von Mikrofiltrationsanwendungen geeignet.The The present invention relates to the field of synthetic polymers Membrane materials obtained by casting polyvinylidene difluoride (PVDF) polymer solutions and / or -dispersions are formed. Membranes shaped according to the invention are all highly porous. Both internally isotropic membranes and highly asymmetric PVDF membranes will disclosed. The membranes of the invention are for a variety of microfiltration applications suitable.

2. Technischer Hintergrund:2. Technical background:

Beträchtliches Interesse und bedeutende Anstrengungen wurden in die Herstellung von PVDF-Polymermembranen investiert. Die grundlegende Ursache für das Interesse an PVDF-Membranen als Filter besteht darin, dass PVDF gegenüber oxidierenden Umgebungen, einschließlich Ozon, das bei der Sterilisation von Wasser flächendeckend verwendet wird, resistent ist. PVDF ist auch gegenüber einem Angriff durch die meisten mineralischen und organischen Säuren, aliphatischen und aromatischen Kohlenwasserstoffen, Alkoholen und halogenierten Lösungsmitteln resistent. Es ist in bestimmten aprotischen Lösungsmitteln, wie Dimethylformamid, N-Methylpyrrolidon, und heißem Aceton löslich. Weiterhin besitzt PVDF gute physikalische Eigenschaften bei Temperaturen im Bereich von –50 bis 140°C.considerable Interest and significant efforts were made in the manufacture invested in PVDF polymer membranes. The basic cause of the interest on PVDF membranes as a filter is that PVDF to oxidizing environments, including Ozone, which is widely used in the sterilization of water, is resistant. PVDF is also against an attack by most mineral and organic acids, aliphatic and aromatic hydrocarbons, alcohols and halogenated solvents resistant. It is present in certain aprotic solvents, such as dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, and hot Acetone soluble. Furthermore, PVDF has good physical properties at temperatures in the range of -50 up to 140 ° C.

Grandine stellte etwas her, was viele als die erste praktische mikroporöse PVDF-Membran ansehen, wie in der US-Patentschrift Nr. 4,203,848 beschrieben. Die Membran wurde durch ein nassthermisches Phasenumkehrverfahren hergestellt. Bei dem Verfahren wurde PVDF in Aceton an dessen Siedepunkt von 55°C gelöst. Nach dem Gießen wurde die Membran sowohl thermisch als auch in einem Wasser/Aceton (20/80 volumenbezogen) Abschreckbad abgeschreckt. Aceton ist ein gutes Lösungsmittel für PVDF bei 55°C, allerdings ein schlech tes bei Raumtemperatur, so dass Grandine in der Tat eine Kombination von thermischer und flüssiger Abschreckung einsetzte.Grandine made something that many consider the first practical microporous PVDF membrane, as in the U.S. Patent No. 4,203,848 described. The membrane was made by a wet thermal phase inversion process. In the process, PVDF in acetone was dissolved at its boiling point of 55 ° C. After casting, the membrane was quenched both thermally and in a water / acetone (20/80 by volume) quench bath. Acetone is a good solvent for PVDF at 55 ° C, but a bad one at room temperature, so Grandine did indeed use a combination of thermal and liquid quenching.

Benzinger goss PVDF-Ultrafilter aus Formulierungen, die vorzugsweise Triethylphosphat als Lösungsmittel und eine Vielzahl von Hydroxyverbindungen als Nichtlösungsmittel einsetzten. Siehe US-Patentschrift Nr. 4,384,047 .Benzinger poured PVDF ultrafilter from formulations that preferentially used triethyl phosphate as a solvent and a variety of hydroxy compounds as nonsolvents. Please refer U.S. Patent No. 4,384,047 ,

Josefiak offenbarte PVDF als einen von mehreren "porösen geformten Körpern", der unter Verwendung eines thermischen Abschreckverfahrens gegossen wird. Siehe US-Patentschrift Nr. 4,666,607 .Josefiak disclosed PVDF as one of several "porous shaped bodies" cast using a thermal quenching process. Please refer U.S. Patent No. 4,666,607 ,

Die US-Patentschrift Nr. 4,774,132 von Joffee et al. offenbart die Herstellung von aktivierten und modifizierten PVDF-Strukturen. Gleichermaßen offenbarten Degen et al. in der US-Patentschrift Nr. 5,282,971 PVDF-Membranen, die so modifiziert wurden, dass sie quartäre, kovalent an die Membran gebundene Ammoniumgruppen enthielten. In der US-Patentschrift Nr. 5,019,260 von Gsell et al. sind PVDF-Filtrationsmedien mit niedrigen Proteinaffinitäten offenbart.The U.S. Patent No. 4,774,132 by Joffee et al. discloses the preparation of activated and modified PVDF structures. Similarly, Degen et al. in the U.S. Patent No. 5,282,971 PVDF membranes modified to contain quaternary ammonium groups covalently bound to the membrane. In the U.S. Patent No. 5,019,260 by Gsell et al. PVDF filtration media with low protein affinities are disclosed.

Costar Corporation offenbart in der veröffentlichten PCT-Anmeldung Nr. WO 93/22034 die Herstellung von PVDF-Membranen, von denen behauptet wird, dass sie verbesserte Fließgeschwindigkeiten besitzen. Die Membranen scheinen allerdings eine vollkommen isotrope Struktur zu besitzen, die eine dichte Anordnung von eng aneinander gereihten und einander berührenden Polymerteilchen enthält. Die Poren in der Membran sind anscheinend einem Sintermetall ähnlich.Costar Corporation discloses in published PCT application no. WO 93/22034 the manufacture of PVDF membranes that are claimed to have improved flow rates. However, the membranes appear to have a completely isotropic structure that contains a dense array of closely spaced and contacting polymer particles. The pores in the membrane appear to be similar to a sintered metal.

Sasaki et al. offenbarten eine PVDF-Formulierung in der US-Patentschrift Nr. 4,933,081 und in der GB 22,199,786A , veröffentlicht am 20. Juli 1988 (das "Fuji Patent"). Die PVDF-Formulierung von Beispiel 1 besaß eine relativ hohe Polymerkonzentration (20 %), die 60°C warmer Luft mit 30 % relativer Feuchtigkeit ausgesetzt wurde. Zusätzlich umfassten die Fuji-Formulierungen eine hohe Konzentration von Polyvinylpyrrolidon, das ein Co-Lösungsmittel/Quellmittel ist. Die Oberflächenporen in der Fuji-PVDF-Membran liegen anscheinend zwischen etwa 0,45 μm und 0,65 μm, und die Dicke der Membranen reicht von 100 μm bis 110 μm.Sasaki et al. disclosed a PVDF formulation in U.S. Pat U.S. Patent No. 4,933,081 and in the GB 22,199,786A , published July 20, 1988 (the "Fuji Patent"). The PVDF formulation of Example 1 had a relatively high polymer concentration (20%) exposed to 60 ° C warm air at 30% relative humidity. In addition, the Fuji formulations included a high concentration of polyvinylpyrrolidone, which is a co-solvent / swelling agent. The surface pores in the Fuji PVDF membrane appear to be between about 0.45 μm and 0.65 μm, and the thickness of the membranes ranges from 100 μm to 110 μm.

Bezüglich der Struktur sind die Membranen der Sasaki-Patentschrift alle so offenbart, dass sie 2 Asymmetriegrade besitzen. Im Querschnitt weisen die Membranen eine mikroporöse Fläche und eine grobporige Fläche auf. Der Durchmesser der Poren nimmt zuerst entlang einer Linie von der mikroporösen Fläche zu der grobporigen Fläche ab, und erreicht eine minimale Porengröße zwischen der mikroporösen Fläche und der grobporigen Fläche der Membran. Anschließend nehmen die Porengrößen entlang einer Linie in Richtung der grobporigen Oberfläche zu, allerdings ist die Zunahme, und daher die Asymmetrie der Membran, nicht so dramatisch wie in einer klassischen asymmetrischen Membran von Wrasidlo ( US-Patentschrift Nr. 4,629,563 ).In terms of structure, the membranes of the Sasaki patent are all disclosed to have 2 degree of asymmetry. In cross section, the membranes have a microporous surface and a coarsely porous surface. The diameter of the pores increases first along a line from the microporous surface the coarse-pored surface, and achieves a minimum pore size between the microporous surface and the coarse-pored surface of the membrane. Subsequently, the pore sizes increase along a line in the direction of the coarse-pored surface, but the increase, and therefore the asymmetry of the membrane, is not as dramatic as in a classical asymmetric membrane of Wrasidlo (US Pat. U.S. Patent No. 4,629,563 ).

Asymmetrische oder anisotrope Membranen sind im Fachgebiet hinreichend bekannt. Beispielsweise offenbaren Wrasidlo in den US-Patentschriften Nm. 4,629,563 und 4,774,093 und Zepf in den US-Patentschriften Nm. 5,188,734 und 5,171,445 jeweils asymmetrische Membranen und Verfahren zur ihrer Herstellung. Die Wrasidlo-Patentschrift offenbarte die erste wirklich asymmetrische Mikrofiltrationsmembran. "Asymmetrisch" wie im Zusammenhang mit der Wrasidlo-Patentschrift verwendet, bezeichnet Membranen, die eine fortschreitende Änderung in der Porengröße über den Querschnitt zwischen der mikroporösen Haut und der Unterstruktur besitzen. Dies steht im Gegensatz zu Umkehrosmose- und den meisten Ultrafiltrationsmembranen, die zwischen einer "nicht mikroporösen Haut" und der Membranstruktur abrupte Diskontinuitäten aufweisen und die ebenfalls im Fachgebiet als asymmetrisch bezeichnet werden.Asymmetric or anisotropic membranes are well known in the art. For example, Wrasidlo reveal in the U.S. Patents Nos. 4,629,563 and 4,774,093 and Zepf in the U.S. Patents Nos. 5,188,734 and 5,171,445 each asymmetric membranes and processes for their preparation. The Wrasidlo patent disclosed the first truly asymmetric microfiltration membrane. Asymmetric, as used in the context of the Wrasidlo patent, refers to membranes that have a progressive change in pore size across the cross-section between the microporous skin and the substructure. This is in contrast to reverse osmosis and most ultrafiltration membranes, which have abrupt discontinuities between a "non-microporous skin" and the membrane structure, and which are also referred to in the art as asymmetric.

Die Wrasidlo- und Zepf-Patentschriften offenbaren jeweils hoch asymmetrische, integrale, mit mikroporöser Haut überzogene Membranen mit hohen Durchflussraten und ausgezeichneten Retentionseigenschaften. Die Membranen werden im Allgemeinen durch ein modifiziertes "Phaseninversions"-Verfahren unter Verwendung einer metastabilen flüssigen Zweiphasendispersion von Polymer in einem Lösungsmittel/Nichtlösungsmittelsystem hergestellt, die gegossen und anschließend mit einem Nichtlösungsmittel kontaktiert wird. Die Zepf-Patentschrift offenbart eine Verbesserung gegenüber der Wrasidlo-Patentschrift.The Wrasidlo and Zepf patents each disclose highly asymmetric, integral, with microporous Skin covered Membranes with high flow rates and excellent retention properties. The membranes are generally prepared by a modified "phase inversion" method a metastable liquid Two-phase dispersion of polymer in a solvent / non-solvent system prepared, cast and then with a non-solvent will be contacted. The Zepf patent discloses an improvement over the Wrasidlo patent.

Phaseninversionsverfahren laufen im Allgemeinen über die folgenden Schritte ab: (i) Gießen einer Lösung oder eines Gemisches, das ein entsprechend hoch molekulares Polymer (hoch molekulare Polymere) ein Lösungsmittel (Lösungsmittel) und ein Nichtlösungsmittel (Nichtlösungsmittel) umfasst, zu einem Dünnfilm, einem Schlauch oder einer Hohlfaser und (ii) Ausfällen des Polymers durch einen oder mehrere der folgenden Mechanismen:

  • (a) Verdampfen des Lösungsmittels und des Nichtlösungsmittels (Trockenverfahren);
  • (b) Exposition gegenüber einem Nichtlösungsmitteldampf, wie Wasserdampf, der auf der exponierten Oberfläche absorbiert (dampfphaseninduziertes Fällungsverfahren);
  • (c) Abschrecken in einer Nichtlösungsmittel-Flüssigkeit, im Allgemeinen Wasser (Nassverfahren); oder
  • (d) thermisches Abschrecken eines heißen Films, so dass die Löslichkeit des Polymers plötzlich stark herabgesetzt wird (thermisches Verfahren).
Phase inversion processes generally proceed via the following steps: (i) casting a solution or mixture comprising a correspondingly high molecular weight polymer (high molecular weight polymers), a solvent (solvent), and a non-solvent (non-solvent) into a thin film, tube or a hollow fiber and (ii) precipitating the polymer by one or more of the following mechanisms:
  • (a) evaporation of the solvent and non-solvent (dry process);
  • (b) exposure to a non-solvent vapor, such as water vapor, which absorbs on the exposed surface (vapor-phase-induced precipitation process);
  • (c) quenching in a non-solvent liquid, generally water (wet process); or
  • (d) thermally quenching a hot film so that the solubility of the polymer suddenly sharply decreases (thermal process).

Schematisch läuft die Phaseninversion von einer Lösung zu einem Gel folgendermaßen ab:

Figure 00040001
Schematically, the phase inversion from solution to gel is as follows:
Figure 00040001

Im Wesentlichen ist SOL 1 eine homogene Lösung, SOL 2 ist eine Dispersion, und das Gel ist die gebildete Polymermatrix. Das Ereignis (die Ereignisse, das die SOL 2-Bildung auslöst, hängt von dem eingesetzten Phaseninversionsverfahren ab. Im Allgemeinen allerdings dreht sich das auslösende Ereignis (Ereignisse) um die Polymerlöslichkeit in dem SOL. Bei dem Nassverfahren wird SOL 1 gegossen und mit einem Nichtlösungsmittel für das Polymer in Kontakt gebracht, welches die Bildung von SOL 2 auslöst, das anschließend zu einem Gel "präzipitiert". Beim gasphaseninduzierten Fällungsverfahren wird SOL 1 gegossen, einer Gasatmosphäre ausgesetzt, die ein Nichtlösungsmittel für das Polymer einschließt, das die Bildung von SOL 2 auslöst, das dann zu einem Gel "präzipitiert". Beim thermischen Verfahren wird SOL 1 gegossen, und die Temperatur des gegossenen Films wird reduziert, um SOL 2 herzustellen, welches anschließend zu einem Gel "präzipitiert". Beim Trockenverfahren wird SOL 1 gegossen und mit einer Gasatmosphäre, wie Luft, in Kontakt gebracht, die das Verdampfen von einem oder mehreren der Lösungsmittel gestattet, was die Bildung von SOL 2 auslöst, das anschießend zu einem Gel "präzipitiert".in the Essentially, SOL 1 is a homogeneous solution, SOL 2 is a dispersion, and the gel is the formed polymer matrix. The event (the events, that triggers SOL 2 formation, depends on the phase inversion method used. In general though turns the triggering Event (events) about polymer solubility in the SOL. In which Wet method is poured SOL 1 and with a non-solvent for the Polymer, which triggers the formation of SOL 2, the subsequently "precipitated" into a gel. When gas-phase induced precipitation method SOL 1 is poured, exposed to a gas atmosphere which is a non-solvent for the Includes polymer, which triggers the formation of SOL 2, the then "precipitated" to a gel. In the thermal Process is poured SOL 1, and the temperature of the cast Film is reduced to produce SOL 2, which is subsequently added to a gel "precipitated". In the dry process SOL 1 is poured and brought into contact with a gas atmosphere, such as air, which allows the evaporation of one or more of the solvents, which causes the formation of SOL 2, the next "precipitated" into a gel.

Das Nichtlösungsmittel in der Gießpaste ist gegenüber dem Polymer nicht immer vollkommen inert; in der Tat ist es in der Regel nicht inert und wird oft als Quellmittel bezeichnet. Bei den Wrasidlo-Formulierungen ist, wie später besprochen, die Auswahl sowohl des Typs als auch der Konzentration des Nichtlösungsmittels insofern wichtig, als es der Hauptfaktor bei der Festlegung dessen ist, ob die Gießlösung in einem phasenseparierten Zustand existiert oder nicht.The Nonsolvent in the pouring paste is opposite the polymer is not always completely inert; in fact it is in the Usually not inert and is often referred to as swelling agent. Both Wrasidlo formulations are, as discussed later, the selection both the type and concentration of non-solvent in that respect important, as it is the main factor in determining whether the casting solution in a phase-separated state exists or not.

Im Allgemeinen ist das Nichtlösungsmittel das hauptsächliche porenbildende Mittel, und seine Konzentration in der Gießlösung beeinflusst sehr stark die Porengröße und Porengrößeverteilung in der Endmembran. Die Polymerkonzentration beeinflusst ebenfalls die Porengröße, allerdings nicht so signifikant wie das Nichtlösungsmittel. Dennoch beeinflusst sie allerdings die Festigkeit und Porosität der Membran. Zusätzlich zu den Hauptkomponenten in der Gießlösung oder -paste können Nebenbestandteile, wie beispielsweise Tenside oder Trennmittel, vorhanden sein.In general, the non-solvent is the major pore-forming agent, and its concentration in the casting solution greatly affects the pore size and pore size distribution in the final membrane bran. The polymer concentration also affects the pore size, but not as significantly as the non-solvent. However, it does affect the strength and porosity of the membrane. In addition to the major components in the casting solution or paste, minor ingredients such as surfactants or release agents may be present.

Polysulfon ist für die Bildung von hoch asymmetrischen Membranen besonders geeignet, insbesondere bei den Zweiphasen-Formulierungen von Wrasidlo. Diese stellen keine homogenen Lösungen dar, sondern bestehen aus zwei getrennten Phasen: eine ist eine lösungsmittelreiche, klare Lösung von niedermolekularem Polymer in niedrigen Konzentrationen (z.B. 7 %); die andere ist eine polymerreiche trübe Kolloidlösung von höher molekularem Polymer in hohen Konzentrationen (z.B. 17 %). Die zwei Phasen enthalten die gleichen drei Bestandteile, d. h. Polymer, Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel, allerdings in sehr unterschiedlichen Konzentrationen und Molekulargewichtsverteilungen. Am wichtigsten ist, dass die beiden Phasen ineinander unlöslich sind und sich, sofern sie stehen gelassen werden, trennen. Darum muss das Gemisch als eine Dispersion unter konstantem Rühren gehalten werden, bis es als Film gegossen wird. Im Wesentlichen wird bei Wrasidlo-Formulierungen die Gießlösung in einem SOL2-(Dispersions)-Zustand bereitgestellt. Somit dient die Dispersion als Ausgangspunkt für die Gelbildung und nicht als Zwischenschritt (vorstehend), wie folgt:

Figure 00050001
Polysulfone is particularly suitable for the formation of highly asymmetric membranes, particularly in the two-phase formulations of Wrasidlo. These are not homogeneous solutions but consist of two separate phases: one is a solvent-rich, clear solution of low molecular weight polymer at low concentrations (eg 7%); the other is a high-concentration, polymer-rich cloudy colloidal solution of higher molecular weight polymer (eg 17%). The two phases contain the same three components, ie polymer, solvent and non-solvent, but in very different concentrations and molecular weight distributions. Most importantly, the two phases are insoluble in one another and, if allowed to stand, separate. Therefore, the mixture must be kept as a dispersion with constant stirring until it is cast as a film. Essentially, in Wrasidlo formulations, the casting solution is provided in a SOL2 (dispersion) state. Thus, the dispersion serves as a starting point for gelation and not as an intermediate step (above), as follows:
Figure 00050001

Diese Verfahrensänderung war weitgehend für die höheren Asymmetriegrade und die gleichmäßige Konsistenz der Wrasidlo-Membranen im Vergleich zur bisherigen Technik verantwortlich.These process change was largely for the higher ones Degree of asymmetry and uniform consistency the Wrasidlo membranes in comparison to the previous technique responsible.

Es sind das Nichtlösungsmittel und seine Konzentration im Gießgemisch, die die Phasentrennung hervorrufen, und nicht jedes Nichtlösungsmittel erfüllt dies. Die beiden Phasen trennen sich voneinander, wenn sie stehen gelassen werden, aber jede einzelne Phase ist für sich recht stabil. Wenn die Temperatur des Gemisches verändert wird, tritt ein Phasenübergang auf. Erwärmen erzeugt mehr von der klaren Phase; Abkühlen hat die umgekehrte Wirkung. Konzentrationsänderungen besitzen die gleiche Wirkung, allerdings besteht ein kritischer Konzentrationsbereich oder ein Fenster, in dem das phasenseparierte System existieren kann, wie von Wrasidlo erörtert. Wrasidlo definiert diese Region der Instabilität auf einem Phasendiagramm von so dispergiertem Polymer/Lösungsmittel/Nichtlösungsmittel bei konstanter Temperatur als innerhalb der spinodalen oder zwischen spinodaler und binodaler Kurve liegend, worin zwei makroskopisch getrennte Schichten existieren.It are the non-solvent and its concentration in the casting mix, which cause the phase separation, and not every non-solvent Fulfills this. The two phases separate when they stand but each phase is quite stable in itself. If the Temperature of the mixture changed becomes, enters a phase transition on. Heat generates more of the clear phase; Cooling has the opposite effect. changes in concentration have the same effect, but there is a critical one Concentration range or a window in which the phase-separated System may exist, as discussed by Wrasidlo. Wrasidlo defines these Region of instability on a phase diagram of thus dispersed polymer / solvent / non-solvent at constant temperature than within the spinodal or between lying spinodal and binodal curve, wherein two macroscopically separate layers exist.

Auf Grund der großen Hydrophobizität des Polymers und auf Grund des thermodynamisch instabilen Zustandes des Gießgemisches, in dem zuvor zwei Phasen existieren, eine lösungsmittelreiche und die polymerreiche (ein Zustand, den andere Systeme durchlaufen müssen, wenn sie die Phaseninversion erfahren), fallen die instabilen Wrasidlo-Gemische sehr schnell aus, wenn sie abgeschreckt werden, so dass sich an der Grenzfläche eine mikroporöse Haut bildet, und sie sich folglich zu hoch asymmetrischen Membranen entwickeln, eine Struktur die allen Membranen der Wrasidlo- und Zepf-Patente gemeinsam ist.On Reason of the big one hydrophobicity of the polymer and due to the thermodynamically unstable state the casting mixture, where two phases previously exist, one solvent-rich and one polymer-rich (a condition that other systems have to go through if they experience phase inversion learn), the unstable Wrasidlo mixtures fall very fast when they are quenched, leaving at the interface a microporous Skin forms, and they consequently become highly asymmetric membranes develop a structure covering all the membranes of Wrasidlo and Zepf patents is common.

Die mikroporöse Haut ist die feinporige Seite der Membran, die die Luft-Lösungs-Grenzfläche oder die Abschrecklösungs-Grenzflache während des Gießens bildet. In der Wrasidlo-Patentschrift und in dieser Offenbarung ist es selbstverständlich, dass der Begriff "Haut" nicht die relativ dicke, nahezu undurchlässige Polymerschicht bezeichnet, die in einigen Membranen vorhanden ist. Hier ist die mikroporöse Haut eine relativ dünne, poröse Oberfläche, die über einer mikroporösen Region von variabler Dicke liegt. Die Poren der darunter liegenden mikroporösen Region können die gleiche Größe aufweisen oder etwas kleiner sein als die Hautporen. Bei einer asymmetrischen Membran nehmen die Poren der mikroporösen Region nach und nach in der Größe zu, wenn sie von der Haut zur gegenüberliegenden Fläche der Membran führen. Die Region der graduellen Porengrößezunahme wird manchmal als die asymmetrische Region bezeichnet, und die gegenüberliegende Nichthautfläche der Membran, wird oft als grobporige Oberfläche bezeichnet. Als Kontrast zu der grobporigen Oberfläche wird die Haut manchmal auch als die mikroporöse Oberfläche bezeichnet.The microporous Skin is the fine-pored side of the membrane, which is the air-solution interface or the quench solution interface while of the casting forms. In the Wrasidlo patent and in this disclosure it goes without saying that the term "skin" is not the relative one thick, almost impermeable Polymer layer, which is present in some membranes. Here is the microporous Skin a relatively thin, porous Surface, the above a microporous one Region of variable thickness. The pores of the underlying microporous Region can the same size or slightly smaller than the skin pores. At an asymmetric Membrane gradually take in the pores of the microporous region the size too, if from the skin to the opposite Area of Lead membrane. The region of gradual pore size increase is sometimes called denotes the asymmetric region, and the opposite Not skin surface The membrane is often referred to as a coarsely porous surface. As a contrast to the coarse-pored surface The skin is sometimes referred to as the microporous surface.

Bei einigen Formulierungen und Gießbedingungen kann ein "Hautbildungs"-Effekt an der gegenüberliegenden Oberfläche der Membran auftreten – der Oberfläche, die mit dem Gießträger in Kontakt ist und die bei dem Gießverfahren nicht direkt feuchter Luft oder dem Abschreckbad ausgesetzt ist. Wo eine solche Schicht von "gegenüberliegender Haut" existiert, ist sie in der Regel relativ dünn, wobei sie typischerweise weniger als etwa 10 % der Dicke der Membran ausmacht-. Sie ist in der Regel auch hoch porös, obwohl das poröse Netzwerk oder Gewebe im Querschnitt ein dichter gepacktes Aussehen aufweisen kann als die innere Region der Membran zwischen den beiden Hauten, sofern beide vorhanden sind.at some formulations and casting conditions can have a "skin-forming" effect on the opposite surface the membrane occur - the Surface, the in contact with the casting carrier is and in the casting process is not directly exposed to moist air or the quenching bath. Where such a layer of "opposite Skin "exists, she is usually relatively thin, typically being less than about 10% of the thickness of the membrane ausmacht-. It is also usually highly porous, although the porous network or tissue in cross-section have a more densely packed appearance can be considered the inner region of the membrane between the two skins, if both are available.

Polymermembranen können auch aus homogenen Polymerlösungen gegossen werden. Die Zusammensetzung dieser Formulierungen liegt außerhalb der spinodalen/binodalen Region des Phasendiagramms von Wrasidlo. Membranen, die aus homogenen Lösungen gegossen werden, können auch asymmetrisch sein, obwohl sie in der Regel nicht so hoch symmetrisch sind wie diejenigen, die aus phasenseparierten Formulierungen gegossen werden.polymer membranes can also from homogeneous polymer solutions to be poured. The composition of these formulations is outside the spinodal / binodal region of the phase diagram of Wrasidlo. Membranes made from homogeneous solutions can be poured also be asymmetrical, although they are usually not so highly symmetrical are like those that are poured out of phase-separated formulations become.

Die Wrasidlo-Membranen besitzen in Relation zu den Stand-der-Technik-Membranen verbesserte Durchflussraten und Permselektivität. Solche verbesserten Durchflussraten und Permselektivität ergeben sich aus der Struktur der Membranen.The Wrasidlo membranes are related to the prior art membranes improved flow rates and permselectivity. Such improved flow rates and permselectivity arise from the structure of the membranes.

Die Zepf-Patente offenbaren verbesserte Polymermembranen vom Wrasidlo-Typ mit einer wesentlich größeren Anzahl von mikroporösen Hautporen von konsistenterer Größe und stark erhöhten Durchflussraten mit reduzierter Durchflusskovarianz für jeden beliebigen, gegebenen Porendurchmesser. Die verbesserten Zepf-Membranen werden durch Modifikation des Wrasidlo-Verfahrens erreicht, umfassend reduzierte Gieß- und Abschrecktemperaturen und reduzierte Umgebungsexposition zwischen Gießen und Abschrecken. Zepf lehrt weiterhin, dass reduzierte Gieß- und Abschrecktemperaturen die Empfindlichkeit des Membranbildungsverfahrens gegenüber kleinen Änderungen in der Formulierung und in Prozessparametern minimiert.The Zepf patents disclose improved Wrasidlo type polymer membranes with a much larger number of microporous Skin pores of more consistent size and strong increased Flow rates with reduced flow covariance for each any given pore diameter. The improved Zepf membranes are achieved by modification of the Wrasidlo method, comprising reduced casting and quenching temperatures and reduced environmental exposure between to water and quenching. Zepf continues to teach that reduced casting and quenching temperatures the sensitivity of the membrane formation process to small changes minimized in formulation and in process parameters.

Die Wrasidlo-Patente offenbaren auch die Herstellung von asymmetrischen PVDF-Membranen. Siehe US-Patentschrift Nr. 4,774,039 , Beispiel 6, Spalte 12, Zeilen 20–34. Allerdings scheinen die nach dem Wrasidlo-Patent hergestellten PVDF-Membranen keine mikroporösen Membranen gewesen zu sein.The Wrasidlo patents also disclose the preparation of asymmetric PVDF membranes. Please refer U.S. Patent No. 4,774,039 Example 6, column 12, lines 20-34. However, the PVDF membranes made according to the Wrasidlo patent do not seem to have been microporous membranes.

Keine der hier besprochenen mikroporösen PVDF-Membranen vom Stand der Technik besitzt eine hoch asymmetrische Struktur. Folglich sind alle bisherigen PVDF-Membranen in ihren Durchflussraten im Vergleich zu hoch asymmetrischen Membranen begrenzt. Wie es von den Fachleuten geschätzt wird, wäre es darum wünschenswert, eine mikroporöse PVDF-Membran mit hohem Asymmetriegrad und hohen Durchflussraten bereitzustellen. Es wäre außerdem günstig, ultradünne mikroporöse PVDF-Membranen mit hohen Durchflussraten bereitzustellen, gleich ob isotrop oder asymmetrisch in der Struktur. Außerdem wäre es weiterhin günstig, Verfahren zur Ermöglichung der einheitlichen Herstellung aller solcher Membranen bereitzustellen.None the microporous discussed here Prior art PVDF membranes have a highly asymmetric one Structure. Consequently, all previous PVDF membranes are in their Flow rates are limited compared to highly asymmetric membranes. As appreciated by the professionals will, would be it is therefore desirable a microporous one PVDF membrane with high degree of asymmetry and high flow rates provide. It would be Furthermore Cheap, ultrathin microporous To provide PVDF membranes with high flow rates, the same whether isotropic or asymmetric in structure. In addition, it would still be beneficial to process to enable to provide the uniform production of all such membranes.

US 5028337 beschreibt Verbundmembranen, umfassend eine Grundmembran, ausgewählt aus Mikrofiltrations-, Ultrafiltrations- und Umkehrosmosemembranen, und eine Beschichtung darauf, die mindestens ein polyaromatisches Polymer und sulfoniertes Poly(halogenalkylen) umfasst, das nach dem Beschichten einer Vernetzungsbehandlung unterzogen wurde. US 5028337 describes composite membranes comprising a base membrane selected from microfiltration, ultrafiltration and reverse osmosis membranes and a coating thereon comprising at least one polyaromatic polymer and sulfonated poly (haloalkylene) which has been subjected to a crosslinking treatment after coating.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Erfindungsgemäß haben wir unerwartet festgestellt, dass es möglich ist, eine mikroporöse stark asymmetrische PVDF-Membran herzustellen, die außergewöhnliche Durchflussraten besitzt. Wir haben weiterhin festgestellt, dass es möglich ist, mikroporöse, innerlich isotrope PVDF-Membranen herzustellen, die im Querschnitt ein Gitter aus faserartigen Geweben des Polymermaterials aufweisen.Have according to the invention We unexpectedly found that it is possible to get a microporous strong produce asymmetric PVDF membrane that has exceptional flow rates. We also found that it is possible to microporous, internally produce isotropic PVDF membranes which have a lattice in cross-section of fibrous webs of the polymeric material.

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Polyvinylidendifluorid-Membran bereitgestellt, umfassend die Schritte:
Bereitstellen einer Gießpaste, die etwa 12 bis etwa 20 Gew.-% Polyvinylidendifluorid und 1 bis 30 Gew.-% eines in einem Lösungsmittel gelösten hydrophilen Polymers umfasst;
Gießen der Paste, um einen dünnen Film zu bilden, wobei die Temperatur der Gießlösung unter 21°C oder über 35°C liegt;
Einwirkenlassen von feuchter Luft auf den dünnen Film für einen Zeitraum von 5 s bis 120 s, wobei die feuchte Luft eine relative Luftfeuchtigkeit von 60 % bis 100 % aufweist;
Koagulieren des Films in einem Wasserbad, wobei eine Temperatur des Wasserbades 40°C bis 70°C beträgt; und
Gewinnen einer ausgebildeten mikroporösen Polyvinylidendifluoridpolymermembran, wobei die Membran eine mikroporöse Oberfläche mit minimalen Poren, eine gegenüberliegende Oberfläche mit maximalen Poren und einen aus faserigen Geweben aus Polymermaterial gebildeten porösen Träger umfasst, wobei der poröse Träger einen isotropen Bereich über mindestens etwa 80 % der Dicke der Membran aufweist.
According to the invention, there is provided a process for producing a polyvinylidene difluoride membrane comprising the steps of:
Providing a pourable paste comprising about 12 to about 20 weight percent polyvinylidene difluoride and 1 to 30 weight percent of a hydrophilic polymer dissolved in a solvent;
Pouring the paste to form a thin film, wherein the temperature of the casting solution is below 21 ° C or above 35 ° C;
Exposing humid air to the thin film for a period of 5 seconds to 120 seconds, the humid air having a relative humidity of 60% to 100%;
Coagulating the film in a water bath, wherein a temperature of the water bath is 40 ° C to 70 ° C; and
Obtaining a formed microporous polyvinylidene difluoride polymer membrane, the membrane comprising a microporous minimum pore surface, an opposite maximum pore surface, and a porous support formed from fibrous webs of polymeric material, the porous support having an isotropic area over at least about 80% of the thickness of the membrane having.

Die poröse Trägerstruktur der Membranen dieses Aspekts der Erfindung kann aus einem Gradienten von nach und nach zunehmenden Porengrößen von der mikroporösen Oberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche bestehen.The porous support structure The membranes of this aspect of the invention can be made from a gradient of gradually increasing pore sizes from the microporous surface to the consist of opposite surface.

Bei einem dritten Aspekt der Erfindung besitzt die PVDF-Membran eine mikroporöse Oberfläche mit minimalen Poren, eine gegenüberliegende Oberfläche mit maximalen Poren, und der Raum zwischen den Oberflächen ist ein aus faserigen Geweben von polymerem Material gebildeter poröser Träger. Die Membranen können eine isotrope Struktur durch mindestens etwa 80 % der Dicke der Membran aufweisen, und die Dicke kann weniger als etwa 75 μm und vorzugsweise weniger als etwa 30 μm betragen.at In a third aspect of the invention, the PVDF membrane has a microporous surface with minimal pores, one opposite surface with maximum pores, and the space between the surfaces is a porous support formed of fibrous webs of polymeric material. The Membranes can an isotropic structure by at least about 80% of the thickness of the Membrane, and the thickness may be less than about 75 microns, and preferably less than about 30 μm be.

Ein vierter Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Herstellung einer PVDF-Membran, durch Bereitstellen einer Gießpaste mit zwischen etwa 12 und 20 Gew.-% PVDF und zwischen etwa 0 und 30 Gew.-% eines hydrophilen Polymers, wie PVP, gelöst in einem Lösungsmittel, Gießen der Paste unter Bildung eines Dünnfilms, Exponieren des Dünnfilms gegenüber einer gasförmigen Umgebung, Koagulieren des Films in einem Wasserbad und Gewinnen einer geformten mikroporösen PVDF-Polymermembran, bereit. Die durch dieses Verfahren hergestellte Membran kann eine mikroporöse Oberfläche mit minimalen Poren, eine gegenüberliegende Oberfläche mit maximalen Poren und einen porösen Träger zwischen den Oberflächen aufweisen, wobei der poröse Träger aus faserigen Geweben von Polymermaterial gebildet wird. Bei dem Verfahren kann das Gießpastengemisch während des Gießschrittes eine Temperatur zwischen etwa 21°C und etwa 35°C aufweisen, und die gasförmige Umgebung kann eine relative Wasser-Feuchtigkeit zwischen etwa 50 % und 100 % aufweisen. Der Expositionsschritt kann eine Dauer von etwa 2 Sekunden bis etwa 120 Sekunden aufweisen, und das Kühlwasserbad kann eine Temperatur zwischen etwa 20°C und 80°C aufweisen. Das PVP in dem Gießlösungsgemisch kann ein mittleres Molekulargewicht von etwa 45.000 Dalton aufweisen. Auf das Gießen und Abschrecken kann das In-Kontakt-Bringen der geformten Membran mit einem Benetzungsmittel, wie HPC und/oder einem oberflächenaktiven Mittel, folgen, um die Membran hydrophil zu machen. Das Verfahren kann auch einen Laminierschritt der gebildeten Membran auf ein polymeres Gewebe oder ein polymeres Vlies als Träger einschließen.One Fourth aspect of the invention provides a method of manufacture a PVDF membrane, by providing a pouring paste with between about 12 and 20 wt% PVDF and between about 0 and 30 wt% of a hydrophilic polymer, such as PVP, dissolved in a solvent, to water the paste to form a thin film, Exposing the thin film across from a gaseous Environment, coagulating the film in a water bath and winning a shaped microporous PVDF polymer membrane, ready. The produced by this method Membrane can be a microporous surface with minimal pores, one opposite surface having maximum pores and a porous support between the surfaces, wherein the porous one carrier is formed from fibrous webs of polymeric material. In which Method may be the pourable paste mixture while the casting step a temperature between about 21 ° C and about 35 ° C have, and the gaseous Environment may have a relative water humidity between about 50 % and 100%. The exposure step may take a duration of about 2 seconds to about 120 seconds, and the cooling water bath may have a temperature between about 20 ° C and 80 ° C. The PVP in the casting solution mixture may have an average molecular weight of about 45,000 daltons. On the casting and Quenching may involve contacting the shaped membrane a wetting agent such as HPC and / or a surfactant Agent, follow to make the membrane hydrophilic. The procedure can also be a lamination step of the formed membrane to a polymeric Include tissue or a polymeric nonwoven backing.

Die Erfindung stellt bei einem fünften Aspekt eine asymmetrische integrale mikroporöse PVDF-Polymermembran mit einer mikroporösen Oberfläche mit minimalen Poren, einer gegenüberliegenden Oberfläche mit maximalenen Poren und mit einem Bereich zwischen den Oberflächen bereit. Dieser Bereich kann ein poröser Träger sein, der aus faserigen Geweben von Polymermaterial gebildet wird, wenn auch der poröse Träger Strömungskanäle aufweisen kann, deren Durchmesser nach und nach längs eines Gradienten von der mikroporösen Oberfläche zu der gegenüberliegenden Oberfläche zunimmt.The Invention provides at a fifth Aspect of an asymmetric integral microporous PVDF polymer membrane with a microporous one surface with minimal pores, one opposite Surface with maximum pores and with an area between the surfaces ready. This area can be a porous one carrier which is formed from fibrous webs of polymeric material, though the porous one carrier Have flow channels can, whose diameter gradually along a gradient of the microporous surface to the opposite surface increases.

Ein sechster Aspekt der Erfindung ist eine intern isotrope, mikroporöse PVDF-Polymermembran mit einer mikroporösen Oberfläche mit minimalen Poren eines gegebenen mittleren Durchmessers, eines ersten mittleren Durchmessers, und mit einer gegenüberliegenden Oberfläche mit maximalen Poren eines unterschiedlichen gegebenen mittleren Durchmessers. Der Raum zwischen den Membranoberflächen kann ein poröser Träger sein, der aus faserigen Geweben von Polymermaterial gebildet wird, und kann Durchflusskanäle mit relativ konstanten Durchmessern aufweisen. Somit kann bei diesem Aspekt der Erfindung die Membran drei Bereiche aufweisen. Ein Bereich nahe der mikroporösen Oberfläche kann weniger als 10 % der Gesamtdicke der Membran ausmachen und kann eine Porengröße entsprechend der Größe der Hautporen auf der mikroporösen Seite aufweisen. Ein weiterer Bereich kann sich nahe der gegenüberliegenden Oberfläche befinden, kann weniger als 10 % der Ge samtdicke der Membran ausmachen und kann eine Porengröße entsprechend derjenigen der Poren auf der gegenüberliegenden Seite aufweisen. Der mittlere Bereich der Membran kann bis zu 80 % oder mehr betragenOne Sixth aspect of the invention is an internally isotropic, microporous PVDF polymer membrane having a microporous surface with minimal pores of a given mean diameter, one first average diameter, and with one opposite surface with maximum pores of a different given middle Diameter. The space between the membrane surfaces can a porous one carrier which is formed from fibrous webs of polymeric material, and can flow channels with having relatively constant diameters. Thus, with this Aspect of the invention, the membrane have three areas. An area near the microporous surface can account for less than 10% of the total thickness of the membrane and can be a pore size accordingly the size of the skin pores on the microporous Side have. Another area may be near the opposite surface may be less than 10% of the total thickness of the membrane and can be a pore size accordingly have those of the pores on the opposite side. The central area of the membrane can be up to 80% or more

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist eine Serie von Rasterelektronenmikrographien (SEMs), die Querschnittsansichten von Membranen zu Vergleichszwecken zeigt: 1 is a series of scanning electron micrographs (SEMs) showing cross-sectional views of membranes for comparison purposes:

1a ist eine erfindungsgemäße, intern isotrope PVDF-Membran (500X); 1b ist eine erfindungsgemäße asymmetrische PVDF-Membran (1.000X); und die 1c und 1d sind Kopien von SEMs aus der Costar World Patentanmeldung Nr. WO 93/22034 , die die Querschnittstrukturen ihrer PVDF-Membranen zeigen (3.000X). 1a is an internally isotropic PVDF membrane (500X) according to the invention; 1b is an asymmetric PVDF membrane (1,000X) according to the invention; and the 1c and 1d are copies of SEMs from the Costar World patent application no. WO 93/22034 showing the cross-sectional structures of their PVDF membranes (3.000X).

2 ist eine Serie von SEMs, die verschiedene Ansichten einer erfindungsgemäßen, intern isotropen Membran zeigt. 2a ist eine Querschnittsansicht (500X); 2b ist eine Ansicht der mikroporösen Oberfläche (1.500X); 2c ist eine Ansicht der grobporigen Oberfläche (500X). Die Membran besitzt eine mikroporöse Oberflächenporengröße von ungefähr 0,5 μm. 2 is a series of SEMs showing different views of an internally isotropic membrane according to the invention. 2a is a cross-sectional view (500X); 2 B is a microporous surface (1,500X) view; 2c is a view of the coarse-pored surface (500X). The membrane has a microporous surface pore size of about 0.5 μm.

3 ist eine Serie von SEMs, die verschiedene Ansichten einer anderen erfindungsgemäßen intern isotropen Membran zeigt. 3a ist eine Querschnittsansicht (750X); 3b ist eine Ansicht der mikroporösen Oberfläche (1.500X); 3c ist eine Ansicht der grobporigen Oberfläche (1.000X); die Membran weist mikroporöse Oberflächenporen von ungefähr 2 μm auf. 3 is a series of SEMs that have different views of another internal invention shows isotropic membrane. 3a is a cross-sectional view (750X); 3b is a microporous surface (1,500X) view; 3c is a view of the coarse-pored surface (1.000X); the membrane has microporous surface pores of about 2 μm.

4 ist ein Paar von SEMs, das Ansichten einer erfindungsgemäßen asymmetrischen Membran zeigt. 4a ist eine Querschnittsansicht (1.000X); 4b ist eine Ansicht der mikroporösen Oberfläche (5.000X). Die Membran weist mikroporöse Oberflächenporen von ungefähr 0,45 μm auf. 4 is a pair of SEMs showing views of an asymmetric membrane according to the invention. 4a is a cross-sectional view (1,000X); 4b is a microporous surface (5,000X) view. The membrane has microporous surface pores of about 0.45 μm.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten AusführungsformFull Description of the preferred embodiment

Wie vorstehend erwähnt, betrifft die vorliegende Erfindung unsere unerwartete Entdeckung, dass es möglich ist, mikroporöse PVDF-Membranen mit außergewöhnlichen Fließgeschwin digkeiten in 2 distinkten Formen herzustellen: intern isotrop und hoch asymmetrisch. Die Gemeinsamkeit zwischen den beiden distinkten Membranstrukturen liegt in der porösen Struktur, die offensichtlich durch die Art und Weise, in der das Polymer in den Gelzustand übergeht, geformt wird. Diese Gemeinsamkeit wird unschwer bei Überprüfung von Querschnitts-SEMs von erfindungsgemäßen Membranen im Vergleich mit Stand-der-Technik-Membranen festgestellt.As mentioned above, The present invention relates to our unexpected discovery that it is possible is, microporous PVDF membranes with exceptional Flow rates in 2 distinct forms: internally isotropic and highly asymmetric. The commonality between the two distinct membrane structures lies in the porous Structure, obviously, by the way in which the Polymer goes into the gel state, is formed. This commonality is not difficult when reviewing cross-sectional SEMs of membranes according to the invention compared with state-of-the-art membranes.

Unter Bezugnahme nun auf 1 werden beispielsweise 4 Querschnitts-SEM-Ansichten zu Vergleichszwecken bereitgestellt: 1a ist eine erfindungsgemäße intern isotrope PVDF-Membran (500X); 1b ist eine erfindungsgemäße asymmetrische PVDF-Membran (1.000X); und die 1c und 1d sind Kopien der SEMs aus der Costar World Patentanmeldung Nr. WO 93/22034 , die die Querschnittstrukturen ihrer PVDF-Membranen zeigen (3.000X). Wie daraus ersehen wird, besitzt die erfindungsgemäße intern isotrope Membran (1a) relativ faserige Gewebe aus Polymermaterial. Gleichermaßen weist die erfindungsgemäße asymmetrische Membran (1b) einen Bereich auf, von der mikroporösen Oberfläche (oder kurz darunter) bis zu einem Punkt bei etwa 3/4 der Strecke zu der offenporigen Oberfläche, wo die Struktur eindeutig miteinander verknüpfte Faserbündel oder Gewebe von Polymermaterial enthält. Im Gegensatz dazu besitzt die Costar-Membran (1c und 1d) offenbar keine Faserbündel- oder Gewebestruktur, die als faseriges Gewebe beschrieben werden kann. Stattdessen scheint das Polymer in einer kugeligen oder teilchenförmigen Weise entsprechend einer gesinterten Metallstruktur erstarrt zu sein.Referring now to 1 For example, 4 cross-sectional SEM views are provided for comparison purposes: 1a is an internally isotropic PVDF membrane (500X) according to the invention; 1b is an asymmetric PVDF membrane (1,000X) according to the invention; and the 1c and 1d are copies of the SEMs from the Costar World patent application no. WO 93/22034 showing the cross-sectional structures of their PVDF membranes (3.000X). As can be seen, the internally isotropic membrane of the invention has ( 1a ) relatively fibrous webs of polymeric material. Likewise, the asymmetric membrane according to the invention ( 1b ), from the microporous surface (or just below) to a point about 3/4 of the way to the open-pored surface, where the structure contains distinctly interconnected fiber bundles or webs of polymeric material. In contrast, the Costar membrane ( 1c and 1d Apparently no fiber bundle or tissue structure that can be described as a fibrous tissue. Instead, the polymer appears to be solidified in a spherical or particulate manner corresponding to a sintered metal structure.

Ein zusätzliches gemeinsames Merkmal, das der erfindungsgemäß hergestellten intern isotropen und der hoch asymmetrischen Membran gemeinsam ist, ist die Tatsache, dass beide Arten von Membranen einen eng begrenzten Porenbereich in der oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche besitzen. Das heißt sozusagen, dass die erfindungsgemäßen Membranen eine offenere Unterstruktur aufweisen als der Bereich oder die Region in oder um die mikroporöse Oberfläche. Diese Struktur lässt die erfindungsgemäßen Membranen wesentlich weniger Widerstand gegenüber einem Fluidstrom aufweisen, wenn die groben Poren mit dem einströmenden Zulauf in Kontakt gebracht werden. Die Selektivität der Membran ist mit den begrenzten Poren in der oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche verknüpft.One additional common feature of the internally isotropic produced according to the invention and the highly asymmetric membrane is common, is the fact Both types of membranes have a narrow pore area in or adjacent to the microporous surface. That means, so to speak, that the membranes of the invention have a more open substructure than the region or region in or around the microporous Surface. This structure leaves the membranes of the invention essential less resistance to having a fluid flow, when the coarse pores with the incoming inflow be brought into contact. The selectivity of the membrane is limited Pores linked in or adjacent to the microporous surface.

Wie hier verwendet, trifft der Begriff "mikroporös" auf Membranen mit mikroporösen Membranoberflächen mit durchschnittlichen Porendurchmessern über etwa 0,01 μm zu. Die maximalen Porendurchmesser in der mikroporösen Oberfläche übersteigen vorzugsweise etwa 8 μm nicht. Wie es bekannt ist, werden Membranen mit durchschnittlichen Porendurchmessern, die geringer sind als 0,01 μm, typischerweise als Ultrafiltrations-, Umkehrosmose- und Gastrennmembranen klassifiziert.As As used herein, the term "microporous" applies to membranes having microporous membrane surfaces average pore diameters greater than about 0.01 μm. The maximum pore diameter in the microporous surface preferably exceeds about 8 μm not. As is known, membranes with average pore diameters, which are less than 0.01 μm, typically as ultrafiltration, reverse osmosis and gas separation membranes classified.

"Intern isotrop", wie hier verwendet, bezieht sich auf Membranen, die entweder einen im Wesentlichen gleichmäßigen Porengrößendurchmesser durch die Masse des Querschnitts der Membran aufweisen, oder auf Membranen, die keinen nennenswerten Porengrößegradienten von der mirkoporösen Oberfläche zur gegenüberliegenden Fläche zeigen. Beispielsweise kann eine intern isotrope Membran verhältnismäßig kleinere Poren in der mikroporösen Oberfläche und verhältnismäßig größere Poren in der porösen Polymer-Unterstruktur besitzen, allerdings nehmen die Porengrößen üblicherweise nicht allmählich von der mikroporösen Oberfläche in die Polymer-Unterstruktur hinein zu. Stattdessen ist die mikroporöse Oberfläche ein relativ dünner, dichter Bereich, der eine höhere Porendichte pro Flächeneinheit besitzt als die poröse Unterstruktur, die ein verhältnismäßig dickerer, weniger dichter Bereich mit einer geringeren Porendichte ist. Demnach können erfindungsgemäße intern isotrope Membranen einen relativ abrupten Übergang in der Porengröße zwischen der mikroporösen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche zeigen, was im Gegensatz zu dem Gradienten der allmählich zunehmenden Porengrößen von der mikroporösen Seite zu der gegenüberliegenden Seite steht, wie er in den asymmetrischen Wrasidlo-Membranen festgestellt wird."Internally isotropic" as used herein refers to membranes that have either a substantially uniform pore size diameter by the mass of the cross-section of the membrane, or on Membranes that do not have significant pore size gradients from the mirco - porous surface opposite area demonstrate. For example, an internally isotropic membrane may have relatively smaller pores in the microporous surface and relatively larger pores in the porous Have polymer substructure, but the pore sizes usually take not gradually from the microporous surface into the polymer substructure. Instead, the microporous surface is a relatively thinner, denser Area, which is a higher Pore density per unit area owns as the porous one Substructure, which is a relatively thicker, less dense area with a lower pore density. Therefore can internal according to the invention Isotropic membranes undergo a relatively abrupt transition in pore size the microporous surface and the opposite surface show what contrary to the gradient of gradually increasing Pore sizes of the microporous Side to the opposite Page stands, as he noted in the asymmetric Wrasidlo membranes becomes.

Da die erfindungsgemäßen Membranen auch einen relativ dichten Hautbereich in der Nähe der gegenüberliegenden Oberfläche der Membran aufweisen können, ist es für eine intern isotrope Membran möglich, Oberflächen-Porendurchmesser an beiden Oberflächen aufzuweisen, die denjenigen einer hoch asymmetrischen Membran sehr ähnlich sind. Demnach kann auf der Grundlage der Oberflächen-Porenmesswerte allein nicht der Schluss gezogen werden, dass eine erfindungsgemäße Membran intern isotrop oder hoch asymmetrisch ist. Das Schlüsselmerkmal ist der interne Bereich: in der Regel mindestens etwa die mittleren 80 % der Dicke der Membran. In hoch asymmetrischen Membranen ist dieser interne Bereich durch Poren oder Durchflusskanäle von allmählich zunehmendem Durchmesser gekennzeichnet. Im Gegensatz dazu weist der interne Bereich von intern isotropen Membranen Poren oder Durch flusskanäle von im Wesentlichen konstantem Durchmesser auf. Der Strukturunterschied ist im Allgemeinen in den SEMs sehr eindeutig und ist in der Regel auch aus den Messwerten der Fließgeschwindigkeiten von Membranen mit den verschiedenen internen Strukturen offensichtlich. Wir haben hier ein Verfahren zur reproduzierbaren Kontrolle und Manipulation dieser internen Membranstruktur gefunden und offenbart.There the membranes of the invention also a relatively dense skin area near the opposite surface can have the membrane, is it for an internally isotropic membrane possible, Surface pore diameter on both surfaces to show that are very similar to those of a highly asymmetric membrane. Thus, based on the surface pore measurements alone It can not be concluded that a membrane according to the invention internally isotropic or highly asymmetric. The key feature is the internal area: usually at least about the middle 80 % of the thickness of the membrane. In highly asymmetric membranes this is internal area through pores or flow channels of gradually increasing diameter characterized. In contrast, the internal range of internally isotropic membranes pores or flow channels of im Substantially constant diameter. The structural difference is generally very unique in the SEMs and is usually also from the measured values of the flow velocities of membranes with the different internal structures obviously. We have Here is a method for reproducible control and manipulation found and disclosed this internal membrane structure.

Der Begriff "asymmetrisch", wie hier verwendet, betrifft eine Membran mit einem Porengrößegradienten. Das heißt, asymmetrische Membranen weisen ihre kleinsten oder feinsten Poren in oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche auf. Die Zunahme in der Porengröße zwischen der mikroporösen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche der Membran verläuft üblicherweise allmählich, wobei die kleinste Porengröße der mikroporösen Oberfläche am nächsten ist und die größten Poren bei oder angrenzend an die gegenüberliegende grobporige Oberfläche gefunden werden.Of the Term "asymmetric" as used herein relates to a membrane with a pore size gradient. That is, asymmetric Membranes have their smallest or finest pores in or adjacent to the microporous surface on. The increase in pore size between the microporous surface and the opposite surface the membrane usually runs gradually, wherein the smallest pore size is closest to the microporous surface and the largest pores at or adjacent to the opposite coarse-pored surface being found.

"Integral", wie hier verwendet, bezieht sich auf Membranen, die aus einer einzigen Polymerlösung oder -paste gegossen sind. Dies steht im Gegensatz zu nicht-integralen oder Verbundmembranen, die aus mehr als einer Polymerlösung oder -paste gegossen sind, um eine Schicht- oder Verbundmembran zu bilden. Verbundmembranen können auch nach dem Gießen aus zwei oder mehreren vollständig ausgebildeten Membranen zusammengefügt werden."Integral" as used here refers to membranes made from a single polymer solution or paste are poured. This is in contrast to non-integral or Composite membranes consisting of more than one polymer solution or Paste are poured to form a layered or composite membrane. Composite membranes can even after casting from two or more completely trained membranes are joined together.

Erfindungsgemäß hergestellte Membranen sind vorzugsweise integrale, mikroporöse Membranen mit mikroporösen Oberflächen mit Porengrößen im Bereich von 0,01 μm bis 8,0 μm. Hier werden Beispiele für Membranen mit mikroporösen Oberflächenporen von 0,1, 0,3, 0,45, 0,5, 0,667, 0,8, 1,0, 2,0, 3,0, und 5,0 μm bereitgestellt. Die Membranen besitzen auch eine gegenüberliegende Oberfläche. Die mikroporöse Oberfläche ist üblicherweise die Oberfläche, die direkt der Umgebung oder dem Abschreckbad während des Gießens ausgesetzt ist. Die gegenüberliegende Oberfläche ist im Allgemeinen die Oberfläche, die somit nicht exponiert ist – die Oberfläche, die mit der Trägerstruktur, auf die die Membran gegossen wird, in Kontakt ist. Dementsprechend wird die gegenüberliegende Oberfläche hier manchmal als die Gießoberfläche bezeichnet.Produced according to the invention Membranes are preferably integral, microporous membranes with microporous surfaces Pore sizes in the range of 0.01 μm up to 8.0 μm. Here are examples of membranes with microporous surface pores of 0.1, 0.3, 0.45, 0.5, 0.667, 0.8, 1.0, 2.0, 3.0, and 5.0 μm. The membranes also have an opposite surface. The microporous surface is usually the surface, exposed directly to the environment or the quench bath during casting is. The opposite surface is generally the surface, which is thus not exposed - the Surface, those with the support structure, on which the membrane is poured, is in contact. Accordingly will be the opposite surface sometimes referred to herein as the casting surface.

Die gegenüberliegende Oberfläche der erfindungsgemäß hergestellten Membranen enthält auch mikroporöse Poren, die in der Porengröße oft größer sein können als die Poren auf der mikroporösen Oberfläche. Bevorzugte Membranen weisen gegenüberliegende Oberflächen-Porengrößen von etwa 0,05 bis etwa 50 μm auf. Hier sind Beispiele für Membranen bereitgestellt, die gegenüberliegende Oberflächen-Porengrößen von etwa 3, 4, 5, 6, 20 und 30 μm besitzen.The opposing surface the invention produced Contains membranes also microporous Pores that are often larger in pore size can as the pores on the microporous Surface. preferred Membranes have opposite ones Surface pore sizes of about 0.05 to about 50 microns. Here are examples of Membranes provided, the opposite surface pore sizes of about 3, 4, 5, 6, 20 and 30 microns have.

Zwischen der mikroporösen Oberfläche und der gegenüberliegenden Oberfläche besitzen erfindungsgemäß hergestellte Membranen eine poröse Unterstruktur. Die poröse Unterstruktur kann entweder im Wesentlichen isotrop oder asymmetrisch sein. Der Typ von erhaltener Struktur hängt von mehreren Faktoren ab, einschließlich: Typ und Konzentration des Polymers, Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel, Gießbedingungen, wie Rakelspalt und Gießlösungstemperatur; Umgebungsfaktoren, wie Expositionsdauer zwischen Gießen und Abschrecken, und Feuchtigkeit der Expositionsatmosphäre; und Zusammensetzung und Temperatur des Abschreckbades.Between the microporous surface and the opposite surface have inventively prepared Membranes a porous Substructure. The porous one Substructure can be either substantially isotropic or asymmetric be. The type of structure obtained depends on several factors, including: type and concentration of the polymer, solvents and non-solvents, Casting conditions, like Doctor blade gap and casting solution temperature; Environmental factors, such as exposure time between casting and quenching, and humidity of the exposure atmosphere; and composition and Temperature of the quench bath.

Ein Merkmal, das sowohl den intern isotropen als auch den hoch asymmetrischen erfindungsgemäßen Membranen gemeinsam ist, besteht darin, dass bevorzugte Membranen faserige Gewebe von Polymermaterial aufweisen. Siehe 1a und 1b. Im Gegensatz dazu, wie vorstehend erläutert, besitzen Membranen, die durch Stand-der-Technik-Verfahren hergestellt wurden, wie die Costar-Membran (1c und 1d), scheinbar keine Faserstruktur aus polymerem Material. Stattdessen ist das Polymer anscheinend in einer kugeligen oder teilchenförmigen Weise entsprechend einer gesinterten Metallstruktur erstarrt.A feature common to both the internally isotropic and the highly asymmetric membranes of the present invention is that preferred membranes have fibrous webs of polymeric material. Please refer 1a and 1b , In contrast, as discussed above, membranes made by the prior art process, such as the Costar membrane, have ( 1c and 1d ), apparently no fibrous structure of polymeric material. Instead, the polymer appears to have solidified in a spherical or particulate manner corresponding to a sintered metal structure.

Wie vorstehend erwähnt, besitzen die erfindungsgemäßen Membranen bestimmte Porengrö-ße-Unterschiede zwischen der mikroporösen Oberfläche und der grobporigen Oberfläche. Bestimmte Membranen sind allerdings in der Unterstruktur überwiegend isotrop, während andere in der Unterstruktur überwiegend asymmetrisch sind. Mit anderen Worten besitzt eine erfindungsgemäße Membran eingeschränkte Porengrößen in oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche, relativ zu der Unterstruktur der Membran. Die Dicke des "Haut"-Bereichs bei beiden Oberflächen ist allerdings relativ dünn: üblicherweise weniger als etwa 10 % und vorzugsweise weniger als etwa 7 % der Gesamtdicke der Membran. Der eingeschränkte Porenbereich in oder angrenzend an die mikroporöse Oberfläche ermöglicht es, dass die erfin dungsgemäßen Membranen in der Unterstruktur sehr offen sind, was einen guten Durchfluss erlaubt, wobei gleichzeitig auf Grund des eingeschränkten Porenbereiches gute Retentionseigenschaften aufrechterhalten werden.As mentioned above, the membranes of the present invention have certain pore size differences between the microporous surface and the coarsely porous surface. However, certain membranes are predominantly isotropic in the substructure, while others in the substructure are predominantly are asymmetric. In other words, a membrane of the invention has limited pore sizes in or adjacent to the microporous surface, relative to the substructure of the membrane. However, the thickness of the "skin" area on both surfaces is relatively thin: usually less than about 10% and preferably less than about 7% of the total thickness of the membrane. The limited pore area in or adjacent to the microporous surface allows the membranes of the invention to be very open in the substructure, allowing for good flow while maintaining good retention properties due to the restricted pore area.

Die erfindungsgemäß hergestellten PVDF-Membranen, gleich ob hoch asymmetrisch oder intern isotrop, sind durch ein relativ großes Hohlvolumen gekennzeichnet. Bei einigen Ausführungsformen beträgt das Hohlvolumen mindestens 45 %, 50 % oder 55 %. Andere Ausführungsformen für die erfindungsgemäßen Membranen weisen Hohlvolumina von mindestens 60 %, 65 % oder 70 % auf. Wieder andere Ausführungsformen der Erfindung weisen Hohlvolumina von mindestens 75 %, 80 % oder 85 % auf. Das Hohlvolumen kann durch Vergleich des Gewichts einer trockenen und einer nassen Membran oder durch Berechnen der Dichte einer trockenen Membran und Vergleich mit der Dichte einer massiven Masse des Polymers oder eines Gemisches von Polymeren von gleichem Volumen bestimmt werden.The produced according to the invention PVDF membranes, whether highly asymmetric or internally isotropic, are by a relatively large one Hollow volume marked. In some embodiments, this is the void volume at least 45%, 50% or 55%. Other embodiments of the membranes of the invention have hollow volumes of at least 60%, 65% or 70%. Again other embodiments Hollow volumes of at least 75%, 80% or 85% up. The void volume can be determined by comparing the weight of a dry and a wet membrane or by calculating the density of a dry membrane and comparison with the density of a massive mass of the polymer or a mixture of polymers of equal volume be determined.

Die erfindungsgemäßen Membranen sind im Allgemeinen sehr "offene" Membranen, die gegenüber Fluid-Durchfluss einen eingeschränkten Widerstand bereitstellen und dennoch in der Lage sind, Teilchen, basierend auf Prinzipien von Tortuosität und kleinsten Porengrößen, wirksam aufzutrennen. Demnach besitzen die erfindungsgemäßen Membranen begrüßenswerterweise außergewöhnliche Fließgeschwindigkeiten. Beispielsweise führt die folgende Tabelle die Porengröße der mikroporösen Oberfläche, die Porengröße der gegenüberliegenden Oberfläche und die Fließgeschwindigkeit auf. TABELLE I interne Struktur mikroporöse Oberfläche Porengröße (μm) gegenüberliegende Oberfläche Porengröße (μm) Fließgeschwindigkeit (cm/min bei 10 psid) 68,95 kPad isotrop 0,1 3,0 7 asymmetrisch 0,1 3,0 40 Isotrop 0,3 3,0 31 asymmetrisch 0,45 79 asymmetrisch 0,5 20,0 73 asymmetrisch 0,667 81 asymmetrisch 0,8 20,0 84 isotrop 1,0 4,0 36 isotrop 2,0 5,0 53 asymmetrisch 2,0 30,0 144 asymmetrisch 2,0 20,0 178 asymmetrisch 2,0 20,0 268 isotrop 3,0 5,0 72 The membranes of the present invention are generally very "open" membranes that provide limited resistance to fluid flow and yet are capable of effectively separating particles based on principles of tortuosity and minute pore sizes. Accordingly, the membranes of the present invention, desirably, have exceptional flow rates. For example, the following table lists the pore size of the microporous surface, the pore size of the facing surface, and the flow rate. TABLE I internal structure microporous surface pore size (μm) opposite surface pore size (μm) Flow rate (cm / min at 10 psid) 68.95 kPad isotropic 0.1 3.0 7 asymmetrical 0.1 3.0 40 Isotrop 0.3 3.0 31 asymmetrical 0.45 - 79 asymmetrical 0.5 20.0 73 asymmetrical 0,667 - 81 asymmetrical 0.8 20.0 84 isotropic 1.0 4.0 36 isotropic 2.0 5.0 53 asymmetrical 2.0 30.0 144 asymmetrical 2.0 20.0 178 asymmetrical 2.0 20.0 268 isotropic 3.0 5.0 72

Es wird davon ausgegangen, dass erfindungsgemäße Membranen wesentlich verbesserte Fließgeschwindigkeiten gegenüber Stand-der-Technik-Membranen aufweisen. Beispielsweise werden in der Costar-Patentschrift Costar-Membranen mit PVDF-Membranen verglichen, die im Handel von der Fa. Millipore Corporation erhältlich sind. Siehe Costar Tabelle 1, Seite 11. In der folgenden Tabelle werden die Fließgeschwindigkeiten von erfindungsgemäßen Membranen mit Costar- und Millipore-Membranen verglichen. Tabelle II mikroporöse Oberfläche Porengröße Fließgeschwindigkeit, erfindungs-gemäß mittlere Durchfluss-Porengröße, erfindungsgemäß Costar-Patentschrift Fließgeschwindigkeit Millipore Fließgeschwindigkeit Millipore mittlere Durchfluss-Porengröße 0,1 7–40 3,6–4 2,9 0,228 0,22 8–10 6,5 0,424 0,3 31 0,45 79 20–60 16 0,5 73 0,85 0,65 40–50 38 1,15 0,667 81 2,0 144–268 1,9 125–190

  • Anmerkung: In der vorhergehenden Tabelle sind sämtliche Porengrößen in μm angegeben, und sämtliche Fließgeschwindigkeiten sind in cm/min bei 10 psid (68,95 kPad) angegeben.
It is believed that membranes of the present invention have significantly improved flow rates over prior art membranes. For example, the Costar patent compares Costar membranes with PVDF membranes commercially available from Millipore Corporation. See Costar Table 1, page 11. The following table compares the flow rates of membranes of the invention with Costar and Millipore membranes. Table II microporous surface pore size Flow rate, according to the invention mean flow pore size, according to the invention Costar patent flow rate Millipore flow rate Millipore mean flow pore size 0.1 7-40 - 3.6 to 4 2.9 0.228 0.22 - - 8-10 6.5 0.424 0.3 31 - - - - 0.45 79 - 20-60 16 - 0.5 73 0.85 - - - 0.65 - - 40-50 38 1.15 0,667 81 - - - - 2.0 144-268 1.9 125-190 - -
  • Note: In the previous table, all pore sizes are in microns, and all flow rates are in cm / min at 10 psid (68.95 kPad).

Zu Vergleichszwecken ist die Porengröße bei mittlerem Durchfluss, wo verfügbar, angegeben. Es ist wichtig anzumerken, dass die mittleren Durchfluss-Porengrößen für die erfindungsgemäßen Membranen näher an den tatsächlichen Haut-Porengrößen liegen als es für die getesteten Millipore-Membranen der Fall ist. Um die Unterschiede in der Fließgeschwindigkeit zwischen verschiedenen Membranen zu bewerten, erfolgt typischerweise ein Vergleich von Membranen mit ähnlichen Haut-Porengrößen. Allerdings erfolgt der aussagekräftigere Vergleich zwischen Membranen mit ähnlichen mittleren Durchfluss-Porengrößen. Ein solcher Vergleich zeigt die drastische Verbesserung in der Fließgeschwindigkeit für die erfindungsgemäßen Membranen im Vergleich zu den zur Verfügung stehenden Stand-der-Technik-Membranen. Membranen, die erfindungsgemäß hergestellt wurden, sind relativ dünn. Beispielsweise können erfindungsgemäße, intern isotrope Membranen so dünn wie etwa 20 bis 25 μm hergestellt werden und sind vorzugsweise etwa 25 bis etwa 50 μm dick. Erfindungsgemäß hergestellte asymmetrische Membranen sind im Allgemeinen etwas dicker als ihre entsprechenden intern isotropen. Beispielsweise sind bevorzgte asymmtrische Membranen zwischen etwa 60 und etwa 125 μm dick.To For comparison purposes, the pore size is medium flow, where available, specified. It is important to note that the average flow pore sizes for the membranes of the invention closer to the actual Skin pore sizes are as it is for the tested Millipore membranes is the case. To the differences in the flow rate Evaluating between different membranes is typically done a comparison of membranes with similar ones Skin pore sizes. Indeed the more meaningful Comparison between membranes with similar mean flow pore sizes. One such comparison shows the drastic improvement in flow rate for the membranes according to the invention Compared to the available standing state of the art membranes. Membranes made according to the invention were, are relatively thin. For example, you can according to the invention, internally isotropic membranes so thin such as about 20 to 25 microns are prepared and are preferably about 25 to about 50 microns thick. Produced according to the invention Asymmetrical membranes are generally slightly thicker than their corresponding ones internally isotropic. For example, preferred asymmatic membranes between about 60 and about 125 microns thick.

Erfindungsgemäß gefertigte Membranen werden mit relativ hohen Polymerkonzentrationen von etwa 12 bis etwa 20 % oder mehr hergestellt. Die Temperatur der Paste beträgt vorzugsweise zwischen 21°C und 35°C für hoch asymmetrische Membranen und entweder weniger als 21°C oder mehr als 35°C für intern isotrope Membranen. Außerdem wird bei bevorzugten Ausführungsformen nach dem Gießen der polymeren Paste oder des Polymerfilms der Film feuchter Luft ausgesetzt. Die Expositionszeiten sind vorzugsweise relativ lang, von 5 oder 10 Sekunden bis 1 oder 2 Minuten oder länger; die Feuchtigkeit ist vorzugsweise relativ hoch, von 60 % bis 100 % relative Feuchtigkeit. Wie man erkennt, können höhere Feuchtigkeiten oder längere Expositionszeiten verwendet werden, bei einer im Allgemeinen entsprechenden oder proportionalen Abnahme bei der jeweils anderen, um vergleichbare Ergebnisse zu erhalten. Nach der Exposition wird der Film in einem Abschreckbad, das relativ hohe Konzentrationen an Nichtlösungsmittel für das Polymer enthält, abgeschreckt. Die Abschrecktemperatur beträgt vorzugsweise zwischen 45°C und 70°C.Manufactured according to the invention Membranes are made with relatively high polymer concentrations of about 12 produced up to about 20% or more. The temperature of the paste is preferably between 21 ° C and 35 ° C for high asymmetric membranes and either less than 21 ° C or more as 35 ° C for internal isotropic membranes. Furthermore is in preferred embodiments after the pouring the polymeric paste or the polymer film the film of moist air exposed. The exposure times are preferably relatively long, from 5 or 10 seconds to 1 or 2 minutes or longer; the Moisture is preferably relatively high, from 60% to 100% relative Humidity. As you can see, you can higher Humidities or longer Exposure times are used, with a generally corresponding or proportional decrease in each other to comparable To get results. After exposure, the film is placed in a quench bath, the relatively high levels of non-solvent for the polymer contains deterred. The quenching temperature is preferably between 45 ° C and 70 ° C.

Durch das obige Verfahren werden PVDF-Membranen mit außergewöhnlichen Durchflusseigenschaften hergestellt. In der Tat haben wir Membranen hergestellt, die Durchflussraten besitzen, die mit asymmetrischen Polysulfon-Membranen vergleichbar sind, und die Blasenpunkte so niedrig wie 5 pounds pro inch2 differential (psid) (34,47 kPad) aufweisen. Pounds pro inch2 differential (kPad) ist der Unterschied im Druck, der an den gegenüberliegenden Seiten der Membran besteht; der Blasenpunkt der Membran korreliert mit der Permeabilität der Membran, wobei ein niedriger Blasenpunkt angibt, dass ein relativ kleines Druckdifferential erforderlich ist, um Luft durch eine zuvor benetzte Membran zu pressen. Die Blasenpunkte der erfindungsgemäßen PVDF-Membranen sind mit den Blasenpunkten von hoch asymmetrischen Wrasidlo-Sulfonpolymer-Membranen mit ähnlichen mittleren Durchfluss-Porengrößen vergleichbar. Dies ist mit den Stand-der-Technik-PVDF-Membranen nicht der Fall, was angibt, dass die erfindungsgemäßen Membranen eine Porosität und Fließgeschwindigkeiten aufweisen, die den Stand-der-Technik-PVDF-Membranen überlegen sind.The above method produces PVDF membranes with exceptional flow characteristics. In fact, we have made membranes that have flow rates comparable to asymmetric polysulfone membranes and that have bubble points as low as 5 pounds per inch 2 differential (psid) (34.47 kPad). Pounds per inch 2 differential (kPad) is the difference in pressure that exists on the opposite sides of the membrane; the bubble point of the membrane correlates with the permeability of the membrane, with a low bubble point indicating that a relatively small pressure differential is required to force air through a previously wetted membrane. Bubble points of the PVDF membranes of the invention are comparable to the bubble points of highly asymmetric Wrasidlo sulfone polymer membranes with similar average flow pore sizes. This is not the case with the prior art PVDF membranes, indicating that the membranes of the present invention have porosity and flow rates superior to prior art PVDF membranes.

Höhere Polymerkonzentrationen in den erfindungsgemäßen Formulierung verleihen Festigkeit und verbessern die Dehnungseigenschaften der Membranen. Zudem stellen wir eine Reduktion in der Makro-Hohlraumbildung in der Unterstruktur fest. Die Exposition des gegossenen Films gegenüber feuchter Luft ist anscheinend für die Erzeugung der offenen Poren in einer Weise verantwortlich, entsprechend der Arbeit, die wir mit Sulfonpolymeren durchgeführt haben und die in der mitanhängigen US-Patentanmeldung, Seriennr. 08/206,114 , eingereicht am 4. März 1994, veröffentlicht als WO 95/23640 beschrieben ist.Higher polymer concentrations in the formulation according to the invention confer strength and improve the elongation properties of the membranes. In addition, we note a reduction in macro-voiding in the substructure. The exposure of the cast film to humid air appears to be responsible for the generation of the open pores in a manner consistent with the work we have done with sulfone polymers and those in the copending application U.S. Patent Application Serial No. 08 / 206.114 , filed March 4, 1994, published as WO 95/23640 is described.

Interessanterweise beobachten wir allerdings fest, dass feuchte Luftexposition in Verbindung mit der Herstellung der vorliegenden Membranen zu einer deutlich unterschiedlichen Struktur führt, als diejenige, die unter Verwendung von Sulfonpolymeren erhalten wird. Sulfonpolymer-Membranen, die mit einer ähnlichen Umgebungsexposition gegossen werden, besitzen eine zweilagige Struktur: eine mikroporöse Oberfläche, die über einem isotropen Bereich liegt, der über einem asymmetrischen Bereich liegt. Es scheint, dass der isotrope Bereich der erfindungsgemäßen Membranen erzeugt oder zumindest ausgelöst wird durch die im "gasphaseninduzierten Fällungsprozess" auftretende Wechselwirkung zwischen dem Wasserdampf in der Luft und dem Polymerfilm, die homogene oder isotrope Porenbildung auslöst. Dies ist analog zu Cellulose-Mischester- oder Cellulosenitrat-Membranen. Es scheint allerdings, dass eine vernachlässigbare Verdampfung von Lösungsmittel oder Nichtlösungsmittel besteht, so dass in dem Abschreckbad die Abschreckflüssigkeit in die isotrope Region vordringt und sie fixiert und den asymmetrischen Bereich erzeugt und festigt.Interestingly, However, we observe that damp air exposure in conjunction with the production of the present membranes to a clear different structure leads, as those obtained using sulfone polymers becomes. Sulfone polymer membranes that have a similar environmental exposure are cast, have a two-layer structure: a microporous surface that over one isotropic area that over an asymmetric area. It seems that the isotropic area the membranes of the invention generated or at least triggered is characterized by in the "gas phase induced Precipitation process "occurring interaction between the water vapor in the air and the polymer film, the homogeneous or triggers isotropic pore formation. This is analogous to cellulose mixed ester or cellulose nitrate membranes. However, it seems that negligible evaporation of solvent or non-solvents so that in the quench bath the quench liquid penetrates into the isotropic region and fixes it and the asymmetric one Area created and strengthened.

Außerdem stellen wir mit Sulfonpolymer-Membranen, die gemäß diesem Verfahren hergestellt wurden, in bestimmten Fällen eine offensichtliche Einschränkung in der Porengrößeverteilung unterhalb der mikroporösen Haut fest. Eine solche Struktur würde die Erklärung der dichteren Poren unterstützen, die bei porosimetrischen Analysen festgestellt werden, wie beispielsweise unsere Beobachtung einer Membran mit einer maximalen Porengröße von 1,0 um und einer mittleren Porengröße von 0,8 μm. Dies kann der Beweis für ein Verfahren der internen "Hautbildung" sein, ähnlich der Hautbildung in den Wrasidlo- und Zepf-Membranen. Unterstützung für diese Möglichkeit erfolgt von Michaels in der US-Patentschrift Nr. 3,615,024 , Spalte 5, Zeilen 43–54, wo offenbart ist, dass eine Gradienten-Porenstruktur auftritt, wenn die Wasserpermeation in einen gegossenen Film durch eine abgedichtete Haut, die zunächst von dem Wasser gebildet wird, eingeschränkt wird. Oder es ist alternativ möglich, dass, obgleich die Membranen in dem isotropen Bereich anscheinend bei visueller Überprüfung isotrop sind, sie tatsächlich eine Porenverteilung aufweisen, die die Porosimetriedaten und den höheren Blasenpunkt, als man hinsichtlich der großen Porengrößen vermuten würde, erklären.In addition, with sulfone polymer membranes made according to this process, in certain instances we find an obvious limitation on the pore size distribution below the microporous skin. Such a structure would aid in explaining the denser pores found in porosimetric analyzes, such as our observation of a membrane with a maximum pore size of 1.0 μm and an average pore size of 0.8 μm. This may be evidence of a process of internal "skinning" similar to skin formation in the Wrasidlo and Zepf membranes. Support for this opportunity is provided by Michaels in the U.S. Patent No. 3,615,024 , Col. 5, lines 43-54, where it is disclosed that a gradient pore structure occurs when water permeation into a cast film is limited by a sealed skin initially formed by the water. Or it is alternatively possible that, although the membranes in the isotropic region are apparently isotropic on visual inspection, they actually have a pore distribution which accounts for the porosimetry data and the higher bubble point than would be expected given the large pore sizes.

Vorzugsweise werden erfindungsgemäße Membranen gegossen, die eine Menge an Wasser, das streng genommen ein Nichtlösungsmittel ist, enthalten. Durch Abstimmung von Feststoffkonzentration, Feuchtigkeit und Expositionszeit haben wir hoch poröse Membranen synthetisiert, die ausreichend Festigkeit aufweisen, um sie für Anwendungen zu qualifizieren, die ultradünne Membranen erfordern. In den beigefügten Tabellen und SEM-Fotos stellen wir Vergleiche für Formulierungen, Porengrößen und andere Merkmale und Bedingungen bereit. Wie erwähnt, können auf Grund der verbesserten Festigkeiten der erfindungsgemäßen Membranen, die PVDF-Membranen als hoch poröse ultradünne Membranen auch ohne Gewebeverstärkung synthetisiert werden. Allerdings haben frühere Experimente gezeigt, dass PVDF dafür geeignet ist, auf Gewebe gegossen zu werden, wenn dies als notwendig betrachtet wird. Somit stellen wir erfindungsgemäß auch bestimmte bevorzugte Laminier- und Verstärkungstechniken bereit.Preferably become membranes according to the invention poured a lot of water, which is strictly a non-solvent is included. By coordination of solids concentration, moisture and exposure time, we synthesized highly porous membranes, which have sufficient strength to qualify them for applications, the ultrathin Require membranes. In the attached tables and SEM photos we make comparisons for Formulations, pore sizes and other features and conditions. As mentioned, due to the improved Strengths of the membranes of the invention, the PVDF membranes as highly porous ultrathin Membranes without fabric reinforcement be synthesized. However, previous experiments have shown that PVDF for it is suitable to be poured onto tissue, if necessary is looked at. Thus, we according to the invention also certain preferred Laminating and reinforcement techniques ready.

Zur Verbesserung von Festigkeits- und Handhabungsmerkmalen der erfindungsgemäßen Membranen können die Membranen mit oder auf verschiedene Gewebe laminiert werden. Beispielsweise umfassen geeignete Laminiermaterialien Web- und Vlies-Materialien, schmelzgeblasene Materialien, Polyester und Polyolefine. Als Beispiele sind Polyester, Polypropylen, Nylon, Polyethylenterephthalat und Polyethylen unter vielen Polymeren als Gewebe- oder Vliesträger für die erfindungsgemäßen Membranen geeignet. Die Wahl des bestimmten, zu verwendenden Laminiermaterials erfolgt je nach bestimmter Anwendung. Um erfindungsgemäße Membranen zu laminieren, können, wie es den Fachleuten bekannt ist, Wärme- oder Haftverfahren oder -techniken eingesetzt werden.to Improvement of strength and handling characteristics of the membranes of the invention, the Membranes are laminated with or on different tissues. For example Suitable laminating materials include woven and nonwoven materials, meltblown materials, polyesters and polyolefins. As examples are polyester, polypropylene, nylon, polyethylene terephthalate and Polyethylene among many polymers as a fabric or non-woven backing for the membranes of the invention suitable. The choice of the particular laminating material to use takes place depending on the particular application. To membranes of the invention to laminate, as is known to those skilled in the art, heat or adhesive or techniques are used.

In Verbindung mit der Herstellung von handelsüblichen Mengen an erfindungsgemäßen PVDF-Membranen ist es zu verstehen, dass das Gieß- oder Fertigungsband vorzugsweise einen Bereich aufweist, in dem der Film feuchten Bedingungen und kontrollierter Luftströmung zwischen dem Gießpunkt, wie beispielsweise einer Rakelklinge oder einer Schlitz-Beschichtungsmaschine, und dem Punkt des Abschreckwassers ausgesetzt ist. Das Gleiche gilt für die vorstehend erwähnten großporigen Sulfonpolymer-Membranen. Auf Grund von Unterschieden in den Erstarrungs- und Härtungszeiten erfordert PVDF allerdings oft viel längere Luftexpositionszeiten. Demnach muss entweder die Bandgeschwindigkeit verlangsamt oder der Feuchtigkeitstunnel für PVDF-Membranen verlängert werden. Wenn beispielsweise eine PVDF-Membran mit 20 ft pro Minute (6,10 m/min) gegossen wird und 1 min Behandlung mit feuchter Luft erfordert, muss der Expositionslänge 20 ft (6,10 m) betragen.In connection with the preparation of commercial quantities of PVDF membranes of the invention, it is to be understood that the casting or production line preferably has a range in which the film is exposed to wet conditions and controlled air flow between the pour point, such as a doctor blade or a slit blade. Coating machine, and is exposed to the point of quenching water. The same applies to the above-mentioned large-pore sulfone polymer membranes. However, due to differences in set and cure times, PVDF often requires much longer air exposure times. Accordingly, either the belt speed must be slowed or the moisture tunnel for PVDF membranes must be extended. For example, if a PVDF membrane is cast at 20 ft per minute (6.10 m / min) and requires 1 minute humid air treatment, the exposure length must be 20 ft (6.10 m) m).

Die erfindungsgemäßen Membranen können hydrophob oder hydrophil sein. Eine Membran, die nach dem Gießen hydrophob ist, kann mit einem Benetzungsmittel nachbehandelt werden, um sie hydrophil zu machen. Geeignete Benetzungsmittel umfassen oberflächenaktive Mittel und hydrophile Polymere. Beispiele für geeignete oberflächenaktive Mittel sind ZONYL (DuPont, Bloomington, DE) und TRITON X-100 (Rohm & Haas, Philadelphia, PA). Ein Beispiel für ein hydrophiles Polymer ist Hydroxypropylcellulose (HPC). Eine bevorzugte HPC-Behandlung besteht im Einweichen der Membran in einem Bad, das eine wässrige HPC-Lösung enthält; das Bad kann auch ein oder mehrere oberflächenaktive Mittel allein oder in Kombination mit HPC enthalten. Die Benetzungsmittel können auch dem Abschreckbad zugesetzt werden, so dass die Membran als Teil des Abschreckschrittes hydrophil gemacht wird.The membranes according to the invention can be hydrophobic or hydrophilic. A membrane that is hydrophobic after casting can be aftertreated with a wetting agent to them to make hydrophilic. Suitable wetting agents include surfactants Medium and hydrophilic polymers. Examples of suitable surface-active Agents are ZONYL (DuPont, Bloomington, DE) and TRITON X-100 (Rohm & Haas, Philadelphia, PA). An example for a hydrophilic polymer is hydroxypropyl cellulose (HPC). A preferred HPC treatment exists in soaking the membrane in a bath containing an aqueous HPC solution; the bath can also be one or several surface active Agent included alone or in combination with HPC. The wetting agents can also be added to the quench bath, so that the membrane as a part the quenching step is rendered hydrophilic.

Die erfindungsgemäßen Membranen sind für den kompletten Bereich mikroporöser Filtrationsanwendungen geeignet, einschließlich der elektronischen Wasserfiltration, wo Ozon vorhanden ist. Eine sehr wichtige Anwendung von erfindungsgemäßen Membranen ist in Batterien, wobei eine Membran als Trennvorrichtung zwischen verschiedenen Zellen einer Batterie oder zum Einschluss eines alkalischen Gels verwendet wird.The membranes according to the invention are for the entire area microporous Filtration applications, including electronic water filtration, where ozone is present. A very important application of membranes according to the invention is in batteries, with a diaphragm as a separator between different cells of a battery or to include an alkaline Gels is used.

Diese Anwendung erfordert eine hoch poröse ultradünne Membran, etwa 30 μm dick, die gegenüber Propylencarbonat, Kaliumhydroxid (KOH) 1 molar enthält, resistent ist. In Wasser würde diese Konzentration einem pH von ungefähr 14 entsprechen. Obwohl Propylencarbonat ein latentes Lösungsmittel für PVDF bei 80°C ist und etwas Sorge darüber bestand, dass Propylencarbonat auch bei Raumtemperatur vielleicht ein starkes Quellmittel sein könnte, haben wir herausgefunden, dass die erfindungsgemäßen PVDF-Membranen gegenüber einem Angriff durch Propylencarbonat auch bei Temperaturen etwas oberhalb der Raumtemperatur resistent sind. In der Tat hielten die Membranen bei Tauchversuchen, die wir an erfindungsgemäßen Membranen durchgeführt haben, erfolgreich den strengen Bedingungen stand, die von Propylencarbonat, das Kalimhydroxid (KOH) 1 molar enthält, vorgegeben wurden. Ferner hielt eine Probe einer erfindungsgemäßen PVDF-Membran, die auf ein Nylonvlies gegossen wurde, ebenfalls Propylencarbonat/KOH stand. Bei jedem dieser Tauchversuche zeigten erfindungsgemäß hergestellte Membranen eine gute chemische Beständigkeit ohne Kräuseln der Membranen und ohne offensichtliche Schwächung der Membranen.These Application requires a highly porous ultrathin membrane, about 30 microns thick, the towards propylene carbonate, Potassium hydroxide (KOH) 1 molar, is resistant. In water would this Concentration a pH of about 14 correspond. Although propylene carbonate is a latent solvent for PVDF at 80 ° C is and something to worry about Propylene carbonate was also available at room temperature, perhaps could be a strong swelling agent, We have found that the PVDF membranes of the invention over a Attack by propylene carbonate even at temperatures slightly above the room temperature are resistant. In fact, the membranes stopped in immersion experiments we have performed on membranes according to the invention, successfully met the stringent conditions of propylene carbonate, the Kalimhydroxid (KOH) 1 molar contains, were given. Further held a sample of a PVDF membrane according to the invention, which on Nylon fleece was cast, also propylene carbonate / KOH stood. In each of these immersion experiments showed inventively produced Membranes have good chemical resistance without curling Membranes and without obvious weakening of the membranes.

Das Gießpastengemisch der Membran kann, zusätzlich zu PVDF, ein hydrophiles Polymer enthalten, wie beispielsweise Polyvinylpyrrolidon oder Polyethylenglycol. Diese Polymere können die Viskosität des Gießpastengemisches erhöhen und können auch die Porosität und Porenstruktur beeinflussen. Solche hydrophilen Polymere Wechselwirken natürlich mit den anderen Faktoren, die die Struktur der Membran beeinflusst, wie Gießtemperatur, Abschrecktemperatur, Expositionszeit gegenüber feuchter Luft, Temperatur und relative Feuchtigkeit der Luft, der die Membran ausgesetzt ist, und dergleichen. Die erfindungsgemäßen Membranen können ohne ein hydrophiles Polymer oder mit einem hydrophilen Polymer mit einer Endkonzentration in dem Gießpastengemisch von bis zu etwa 30 %, oft mit mindestens 1 %, 2 %, 3 %, oder 5 % des Gießpastengemisches (gewichtsbezogen) gegossen werden.The dope mix the membrane can, in addition to PVDF, a hydrophilic polymer such as polyvinylpyrrolidone or polyethylene glycol. These polymers can increase the viscosity of the slurry mixture increase and can also the porosity and affect pore structure. Such hydrophilic polymers interact Naturally with the other factors that affects the structure of the membrane, like casting temperature, Quenching temperature, exposure time to moist air, temperature and relative humidity of the air to which the membrane is exposed, and the same. The membranes of the invention can without a hydrophilic polymer or with a hydrophilic polymer having a Final concentration in the pourable paste mixture up to about 30%, often at least 1%, 2%, 3%, or 5% of the casting paste mixture (by weight) to be poured.

Da viele der erfindungsgemäßen PVDF-Membran-Formulierungen hohe Polymerkonzentrationen besitzen und somit hohe Viskositäten aufweisen, sind die erfindungsgemäßen Formulierungen dem Erspinnen von mikroporösen Hohlfasern gut angepasst. Bei einer Ausführungsform für die erfindungsgemäße PVDF-Hohlfasermembranen wird entweder Luft oder ein Nichtlösungsmittel, wie Wasser, das Lösungsmittel oder andere Chemikalien, wie ein Nichtlösungsmittel enthält, als das Lumenfluid verwendet, und die äußere Oberfläche wird verschiedenen Umgebungen, wie feuchte Luft, trockene Luft oder anderen Umgebungen, vor dem Abschrecken in einer Flüssigkeit, wie Wasser, ausgesetzt. Die resultierende Membran weist auf der Außenseite der Membran dichtere Poren auf, da Lösungsmittel und Nichtlösungsmittel möglicherweise nach außen wanderten, als äußeres Umgebungswasser nach innen wanderte. Wir haben festgestellt, dass die Viskosität der erfindungsgemäßen Formulierungen hoch genug gemacht werden kann, um die sich bildende Hohlfasermembran während ihres Herabfallens durch den Spalt feuchter Luft intakt zu halten.There many of the PVDF membrane formulations according to the invention have high polymer concentrations and thus have high viscosities, are the formulations according to the invention Spinning microporous Hollow fibers well adapted. In one embodiment for the PVDF hollow-fiber membranes according to the invention is either air or a non-solvent, such as water, the Solvent or other chemicals, such as a non-solvent, than the lumen fluid is used, and the outer surface becomes different environments, like moist air, dry air or other environments, before the Quenching in a liquid, like water, exposed. The resulting membrane points to the outside The membrane denser pores, as solvents and non-solvents possibly outward migrated as external ambient water wandered inside. We have found that the viscosity of the formulations of the invention can be made high enough to the forming hollow fiber membrane while their fall through the gap of moist air intact.

Für PVDF gibt es mehrere Quellen, und es ist, basierend auf dem mittleren Molekulargewicht, in mehreren Klassen verfügbar. Wir haben festgestellt, dass HYLAR-461 (erhältlich von Ausimont Co., Morristown, NJ) und KYNAR-761 (erhältlich von Atochem Co., Philadelphia, PA) zum Gießen der erfindungsgemäßen Membranen besonders geeignet ist. Die bevorzugten, erfindungsgemäß hergestellten Membranen und die Herstellungsverfahren werden nun durch die folgenden Beispiele und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.For PVDF there it's multiple sources, and it's based on the average molecular weight, available in several classes. We have determined that HYLAR-461 (available from Ausimont Co., Morristown, NJ) and KYNAR-761 (available from Atochem Co., Philadelphia, PA) for casting the membranes of the invention is particularly suitable. The preferred, produced according to the invention Membranes and manufacturing processes are now covered by the following Examples and with reference to the accompanying figures.

BEISPIEL IEXAMPLE I

Auswirkung der ExpositionsdauerEffect of exposure duration

Wir stellten eine Gießpaste her, die 15,9 Gew.-% PVDF-Polymer HYLAR-461, 0,9 Gew.-% Lithiumchlorid, 3,7 Gew.-% Wasser, 2,3 Gew.-% Polyvinylpyrrolidon (PVP K-17 MW 9.000, erhältlich von BASF, Mt. Olive, NJ) und 77,2 Gew.-% Dimethylacetamid (DMAC) als Lösungsmittel enthielt. Mehrere Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen beschichtetem Papier gegossen. Vorzugsweise befindet sich das Gießlösungsgemisch unterhalb etwa 32°C, wenn es gegossen wird. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % oder 80 % relativer Feuchtigkeit für verschiedene Zeiten gegenüber Luft exponiert, wie in Tabelle III gezeigt. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 15.9% by weight PVDF polymer HYLAR-461, 0.9% by weight lithium chloride, 3.7% by weight of water, 2.3% by weight of polyvinylpyrrolidone (PVP K-17 MW 9,000, available by BASF, Mt. Olive, NJ) and 77.2% by weight of dimethylacetamide (DMAC). as a solvent contained. Several membrane samples were prepared using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a polyethylene coated conveyor belt Poured paper. Preferably, the casting solution mixture is below about 32 ° C, when it is poured. After casting, the resulting Membranes at 25 to 27 ° C and 100% or 80% relative humidity for different times to air exposed as shown in Table III. Subsequently, the membranes were in Quenched in a water bath at a temperature of about 60 ° C.

Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend 10 bis 15 s mit einer 0,1 %igen wässrigen Hydroxypropylcellulose (HPC)-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und dann luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen wiesen eine Dicke zwischen 25 μm und 30 μm auf. Die Membranen wurden jeweils auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe (ungefähr 35 mm effektiver Durchmesser, 9,5 cm2 Fläche) auf die Wasserdurchlässigkeit bei 10 psid (68,95 kPad) getestet. Die mittleren Durchfluss-Porengrößen der Membranen wurden mit einem Coulter-Porometer bestimmt, und die Oberflächen und Querschnitte wurden durch Rasterelektronenmikroskopie (SEM) überprüft.After coagulation, the membranes were washed with deionized water and then treated with a 0.1% aqueous hydroxypropylcellulose (HPC) solution for 10 to 15 seconds to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes had a thickness between 25 microns and 30 microns. The membranes were each tested for water permeability at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk (approximately 35 mm effective diameter, 9.5 cm 2 area). The mean flow-through pore sizes of the membranes were determined with a Coulter Porometer and the surfaces and cross-sections were checked by Scanning Electron Microscopy (SEM).

Eine repräsentative SEM für die Membran von Probe 1b ist in den 2a bis 2c bereitgestellt. Wie aus der Querschnittsansicht der Membran (2a) beobachtet werden kann, besitzt die Membran eine poröse Unterstruktur, die im Wesentlichen isotrop ist. Allerdings sind die Poren in der Unterstruktur in der Regel größer als die Poren in und angrenzend an die mikroporöse Oberfläche. Der Unterschied in den Porengrößen, wie zwischen mikroporöser Oberfläche und grobporiger Oberfläche, ist leicht feststellbar bei Vergleich der SEM der mikroporösen Oberfläche (2b) mit der SEM der grobporigen Oberfläche (2c).A representative SEM for the membrane of sample 1b is shown in FIGS 2a to 2c provided. As seen from the cross-sectional view of the membrane ( 2a ), the membrane has a porous substructure that is substantially isotropic. However, the pores in the substructure are typically larger than the pores in and adjacent to the microporous surface. The difference in pore sizes, such as between the microporous surface and the coarsely porous surface, is easily detectable when comparing the SEM of the microporous surface ( 2 B ) with the SEM of the coarse-pored surface ( 2c ).

Die Expositionsbedingungen, die Wasserdurchflussdaten und die Porengrößen werden in Tabelle III gezeigt. TABELLE III Probe ID Expositionsdauer/Feuchtigkeit Wasserdurchfluss mittlere Durchfluss Porengröße (μm) Oberfläche Porengröße (offene Seite) Oberfläche Porengröße (dichte Seite) 1a 8 Sekunden 100 % 377 3 μm 0,1 μm 1b 10 Sekunden 100 % 694 0,85 20 μm 0,5 μm 1c 30 Sekunden 100 % 800 1,0 20 μm 0,8 μm 1d 20 Sekunden 80 % 94 NA NA 1e 120 Sekunden 80 % 1364 1,9 30 μm 2,0 μm

  • Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (68,95 kPad)
Exposure conditions, water flow data and pore sizes are shown in Table III. TABLE III Sample ID Exposure time / moisture Water flow mean flow pore size (μm) Surface pore size (open side) Surface pore size (dense side) 1a 8 seconds 100% 377 - 3 μm 0.1 μm 1b 10 seconds 100% 694 0.85 20 μm 0.5 μm 1c 30 seconds 100% 800 1.0 20 μm 0.8 μm 1d 20 seconds 80% 94 - N / A N / A 1e 120 seconds 80% 1364 1.9 30 μm 2.0 μm
  • Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (68.95 kPad)

BEISPIEL II Auswirkung von Feuchtigkeit und LösungsmittelEXAMPLE II Effect of Moisture and solvents

Wir stellten eine Gießpaste her, die 16 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 8,0 Gew.-% Wasser, 3,0 Gew.-% PVP K-17 und 73 Gew.-% N-Methylpyrrolidon (NMP) als Lösungsmittel enthielt. 2 Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband von Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 70 % relativer Feuchtigkeit für verschiedene Zeiten gegenüber Luft exponiert, wie in Tabelle IV gezeigt. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 16% by weight of PVDF HYLAR-461, 8.0% by weight of water, 3.0% by weight of PVP K-17 and 73 wt .-% N-methylpyrrolidone (NMP) as a solvent contained. 2 membrane samples were washed using a squeegee a blade gap of 7 mils (178 μm) on a conveyor belt poured from polyethylene-coated paper. After pouring were the resulting membranes at 25 to 27 ° C and 70% relative humidity for different Times over Exposed to air, as shown in Table IV. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.

Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen wiesen Dicken zwischen 25 und 30 μm auf. Die Membranen wurden bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe auf Wasserdurchlässigkeit getestet. Die Oberflächen und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM überprüft. Die SEMs der Membranen zeigten eine ähnliche Struktur wie diejenigen, die in den 2a bis 2c gezeigt sind. Allerdings zeigten die Querschnitts-SEMs eine gewisse Bildung von Makrohohlräumen an. Dieser Faktor gibt an, dass NMP für PVDF kein so gutes Lösungsmittel wie DMAC ist, obwohl höhere Polymerkonzentrationen dieses Problem beheben könnten.After coagulation, the membranes were washed with deionized water and then treated with a 0.1% aqueous HPC solution to make the membranes hydrophilic and then air dried. The membranes obtained had thicknesses between 25 and 30 microns. The membranes were tested for water permeability at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk. The surfaces and cross-sections of the membranes were checked by SEM. The SEMs of the membranes showed a similar structure to those in the 2a to 2c are shown. However, the cross-sectional SEMs indicated some macrocavity formation. This factor indicates that NMP for PVDF is not as good a solvent as DMAC, although higher polymer concentrations could solve this problem.

Expositionsbedingungen, Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle IV gezeigt. TABELLE IV Probe ID Expositionsdauer/Feuchtigkeit Wasserdurchfluss Oberflächen-Porengröße (offene Seite) Oberflächen-Porengröße (enge Seite) 2a 10 Sekunden 70 % 66 3 μm 0,1 μm 2b 120 Sekunden 70% 344 4 μm 1,0 μm

  • Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (68,9 kPad)
Exposure conditions, water flow data and pore sizes are shown in Table IV. TABLE IV Sample ID Exposure time / moisture Water flow Surface pore size (open side) Surface pore size (narrow side) 2a 10 seconds 70% 66 3 μm 0.1 μm 2 B 120 seconds 70% 344 4 μm 1.0 μm
  • Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (68.9 kPad)

BEISPIEL IIIEXAMPLE III

Auswirkung der PolymerkonzentrationEffect of polymer concentration

Hinsichtlich der Gegenwart von Makrohohlräumen in den gemäß Beispiel II hergestellten Membranen führten wir die folgenden Experimente durch, um die Auswirkungen der Polymerkonzentration auf die Membranstruktur zu bestimmen.Regarding the presence of macrocavities in the example II produced membranes led We conducted the following experiments to study the effects of polymer concentration to determine the membrane structure.

Wir stellten eine Gießpaste her, die 20 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 5,0 Gew.-% Wasser, 1,5 Gew.-% PVP K-17 und 73,5 Gew.-% NMP als Lösungsmittel enthielt. Zwei Membranproben wurden auf ein Förderband von Polyethylen-beschichtetem Papier unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 70 % relativer Feuchtigkeit für unterschiedliche Zeiten, wie in Tabelle V gezeigt, gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 55°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 20% by weight of PVDF HYLAR-461, 5.0% by weight of water, 1.5% by weight of PVP K-17 and 73.5 wt% NMP as solvent contained. Two membrane samples were placed on a conveyor belt of polyethylene coated Paper using a squeegee with a knife gap of 7 mils (178 microns) poured. After casting The resulting membranes were at 25 to 27 ° C and 70% relative humidity for different Times, as shown in Table V, exposed to air. Subsequently, the Quenched membranes in a water bath at a temperature of about 55 ° C.

Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und sodann luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen besaßen Dicken zwischen 25 μm und 30 μm. Die Membranen wurden auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe bei 10 psid (68,95 kPad) auf Wasserpermeabilität getestet. Die Oberflächen und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM untersucht. Die so hergestellten Membranen besaßen eine praktisch identische Struktur zu denjenigen, die in Verbindung mit Beispiel I gezeigt sind, und wiesen nicht die Makrohohlräume auf, die im Zusammenhang mit Beispiel II festgestellt wurden.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes possessed Thicknesses between 25 μm and 30 μm. The membranes were grown on a 47 mm diameter disc at 10 psid (68.95 kPad) water permeability tested. The surfaces and cross-sections of the membranes were examined by SEM. The had membranes prepared in this way a virtually identical structure to those in connection with Example I, and did not have the macrocavities, which were found in connection with Example II.

Expositionsbedingungen, Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle V gezeigt. TABELLE V Probe ID Expositionsdauer/Feuchtigkeit Wasserdurchfluss Oberflächen-Porengröße (offene Seite) Oberflächen-Porengröße (enge Seite) 3a 60 Sekunden 70 % 297 3 μm 0,3 μm 3b 120 Sekunden 70 % 2542 20 μm 2,0 μm

  • Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (68,95 kPad)
Exposure conditions, water flow data and pore sizes are shown in Table V. TABLE V Sample ID Exposure time / moisture Water flow Surface pore size (open side) Surface pore size (narrow side) 3a 60 seconds 70% 297 3 μm 0.3 μm 3b 120 seconds 70% 2542 20 μm 2.0 μm
  • Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (68.95 kPad)

BEISPIEL IVEXAMPLE IV

Auswirkung von Feuchtigkeit und ExpositionsdauerEffect of moisture and exposure time

Hinsichtlich des Unterschiedes in der Fließgeschwindigkeit und Porengröße in den gemäß Beispiel III hergestellten Membranen führten wir die folgenden Experimente durch, um die Auswirkungen von Feuchtigkeit und Expositionsdauer zu bestimmen.Regarding the difference in the flow rate and pore size in the according to example III produced membranes We do the following experiments to get the effects of moisture and Exposure duration to determine.

Wir stellten eine Gießpaste her, die 16 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 8,0 Gew.-% Wasser, 3,0 Gew.-% PVP K-17 und 73 Gew.-% NMP als Lösungsmittel enthielt. Vier Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 70 % oder 100 % relativer Feuchtigkeit für verschiedene Zeiten, wie in Tabelle VI gezeigt, gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 55°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 16% by weight of PVDF HYLAR-461, 8.0% by weight of water, 3.0% by weight of PVP K-17 and 73 wt .-% NMP as a solvent contained. Four membrane samples were made using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a polyethylene-coated conveyor belt Poured paper. After casting For example, the resulting membranes became more relative at 25 to 27 ° C and 70% or 100% Moisture for different times, as shown in Table VI, to air exposed. Subsequently The membranes were placed in a water bath at a temperature of about 55 ° C deterred.

Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen besaßen Dicken zwischen 25 μm und 30 μm. Die Membranen wurden bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe auf Wasserdurchlässigkeit getestet. Die Oberflächen und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM untersucht.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes possessed Thicknesses between 25 μm and 30 μm. The membranes were run at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk on water permeability tested. The surfaces and cross-sections of the membranes were examined by SEM.

Die Ergebnisse einer repräsentativen Membran sind in den 3a bis 3c dargelegt, was eine Reihe von SEMs der in Verbindung mit Probe 4c nachstehend hergestellten Membran darstellt. 4a zeigt, dass die Membran im Querschnitt sogar noch offener ist als die in Verbindung mit Beispiel 1 (2a) gezeigte Membran. Wiederum besitzt die Membran eine poröse Unterstruktur, die im Wesentlichen isotrop ist. Allerdings sind die Poren in der Unterstruktur in der Regel größer als die Poren in und angrenzend an die mikroporöse Oberfläche.The results of a representative membrane are in the 3a to 3c which represents a series of SEMs of the membrane prepared in conjunction with sample 4c below. 4a shows that the membrane is even more open in cross section than in connection with Example 1 (FIG. 2a ) shown membrane. Again, the membrane has a porous substructure that is substantially isotropic. However, the pores in the substructure are typically larger than the pores in and adjacent to the microporous surface.

Der Unterschied in den Porengrößen, wie zwischen der mikroporösen Oberfläche und der grobporigen Oberfläche, ist unschwer feststellbar, wenn die SEM der mikroporösen Oberfläche (3b) mit der SEM der grobporigen Oberfläche (3c) verglichen wird.The difference in pore sizes, such as between the microporous surface and the coarse-pored surface, is easily detectable when the SEM of the microporous surface (Fig. 3b ) with the SEM of the coarse-pored surface ( 3c ) is compared.

Expositionsbedingungen, Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle VI gezeigt. TABELLE VI Probe ID Expositiondauer/Feuchtigkeit Wasserdurchfluss Oberflächen-Porengröße (offene Seite) Oberflächen-Porengröße (enge Seite) 4a 10 Sekunden 70 % 66 3 μm 0,1 μm 4b 120 Sekunden 70 % 344 4 μm 1,0 μm 4c 10 Sekunden 100% 1690 20 μm 2,0 μm 4d 60 Sekunden 100 % 502 5 μm 2,0 μm

  • Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (kPad)
Exposure conditions, water flow data and pore sizes are shown in Table VI. TABLE VI Sample ID Exposure time / moisture Water flow Surface pore size (open side) Surface pore size (narrow side) 4a 10 seconds 70% 66 3 μm 0.1 μm 4b 120 seconds 70% 344 4 μm 1.0 μm 4c 10 seconds 100% 1690 20 μm 2.0 μm 4d 60 seconds 100% 502 5 μm 2.0 μm
  • Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (kPad)

Ein Vergleich der Eigenschaften von Membran 4a mit denjenigen von Membran 4c zeigt den drastischen Unterschied in der Auswirkung von 70 % Feuchtigkeit vs. 100 % Feuchtigkeit bei dieser Temperatur. Gleichermaßen zeigt ein Vergleich der Eigenschaften von Membran 4a mit denjenigen von Membran 4c, dass erhöhte Expositionsdauer etwas die niedriere Feuchtigkeit ausgleichen kann. Allerdings zeigte Membran 4d eine verminderte Fließgeschwindigkeit und eine kleinere Porengröße auf der offenen Seite der Membran im Vergleich mit der Membran von Beispiel 4c. Dies zeigt, dass bei 100 % Feuchtigkeit eine Membran überexponiert sein kann, und dass die Wechselwirkung von relativer Feuchtigkeit und Expositionsdauer nicht in sämtlichen Fällen synergistisch ist.A comparison of the properties of membrane 4a with those of membrane 4c shows the drastic difference in the effect of 70% moisture vs. 100% humidity at this temperature. Similarly, a comparison of the properties of membrane 4a with those of membrane 4c shows that increased exposure time can balance somewhat the low humidity. However, membrane 4d showed a reduced flow rate and smaller pore size on the open side of the membrane as compared to the membrane of Example 4c. This shows that at 100% humidity, a membrane may be overexposed, and that the interaction of relative humidity and exposure time is not present in all This is synergistic.

BEISPIEL VEXAMPLE V

Auswirkung des LösungsmittelsEffect of the solvent

Wir stellten eine Gießpaste her, die 13,8 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 6,9 Gew.-% Glycerin, 1,7 % Gew.-% Wasser, 2,0 Gew.-% PVP K-17 und 75,6 Gew.-% Dimethylformamid (DMF) als Lösungsmittel enthielt. Zwei Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit für unterschiedliche Zeiten gegenüber Luft exponiert, wie in Tabelle VII gezeigt. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 13.8% by weight of PVDF HYLAR-461, 6.9% by weight of glycerol, 1.7% by weight. Water, 2.0% by weight of PVP K-17 and 75.6% by weight of dimethylformamide (DMF) as a solvent contained. Two membrane samples were prepared using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a polyethylene-coated conveyor belt Poured paper. After casting The resulting membranes were at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity for different Times over Exposed to air as shown in Table VII. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.

Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet. Sämtliche resultierenden Membranen besaßen Dicken zwischen 25 μm und 30 μm. Die gewonnenen Membranen wurden auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe bei 10 psid (68,95 kPad) auf Wasserdurchlässigkeit getestet. Die Oberflächen und Querschnitte der Membranen wurden durch SEM untersucht. Die durch die SEMs beobachteten Strukturen besaßen ein ähnliches Aussehen wie diejenigen, die in Verbindung mit den Beispielen I und IV gezeigt wurden.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. All had resulting membranes Thicknesses between 25 μm and 30 μm. The recovered membranes were placed on a 47 mm diameter disc tested for water permeability at 10 psid (68.95 kPad). The surfaces and Cross sections of the membranes were examined by SEM. By the SEMs observed structures had a similar appearance to those which were shown in connection with Examples I and IV.

Expositionsbedingungen, Wasserdurchflussdaten und Porengrößen sind in Tabelle VII gezeigt. TABELLE VII Probe ID Expositionsdauer/Feuchtigkeit Wasserdurchfluss Oberflächen-Porengröße (offene Seite) Oberflächen-Porengröße (enge Seite) 5a 10 Sekunden 100 % 682 5 μm 3 μm 5b 60 Sekunden 100 % 199 6 μm 5 μm

  • Anmerkung: Die Wasserdurchflusseinheiten sind ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid (kPad)
Exposure conditions, water flow data and pore sizes are shown in Table VII. TABLE VII Sample ID Exposure time / moisture Water flow Surface pore size (open side) Surface pore size (narrow side) 5a 10 seconds 100% 682 5 μm 3 μm 5b 60 seconds 100% 199 6 μm 5 μm
  • Note: The water flow units are ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid (kPad)

BEISPIEL VIEXAMPLE VI

Herstellung von trägerunterstützten MembranenPreparation of carrier-supported membranes

Wir stellten eine Gießpaste her, die 15,4 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 7,4 Gew.-% Wasser und 77,2 Gew.-% DMF als Lösungsmittel enthielt. Zwei Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 μm) auf einen Nylonvliesträger gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit entweder 10 Sekunden oder 60 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put a pouring paste containing 15.4% by weight of PVDF HYLAR-461, 7.4% by weight of water and 77.2% by weight. DMF as a solvent contained. Two membrane samples were prepared using a squeegee cast with a 7 mil (178 μm) blade gap onto a nylon nonwoven backing. After casting The resulting membranes were at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity exposed to air for either 10 seconds or 60 seconds. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.

Nach der Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet.To In coagulation, the membranes were washed with deionized water and then with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried.

Die gewonnenen Membranen wurden in Lösungen von Propylencarbonat, die KOH 1 molar (pH ~ 14) enthielten, eingetaucht. Nach Gewinnung der Membranen aus dem Tauchbad, entsprechend dem folgenden Beispiel, bestand kein Anzeichen einer Verschlechterung oder eines Verlusts an Festigkeit der Membran. Es wurde keine signifikante Änderung von Zugfestigkeit und Dehnung festgestellt.The recovered membranes were dissolved in solutions of propylene carbonate containing KOH 1 molar (pH ~ 14). After recovering the membranes from the dip, according to the Following example, there was no sign of deterioration or loss of strength of the membrane. There was no significant change determined by tensile strength and elongation.

BEISPIEL VIIEXAMPLE VII

Zugfestigkeit und BruchdehnungTensile strength and elongation at break

Wir stellten Gießpasten her, die 15,4 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 7,4 Gew.-% Wasser und 77,2 Gew.-% DMF als Lösungsmittel enthielten. Zwei Membranproben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 7 mil (178 um) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurden die entstehenden Membranen bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit entweder 10 Sekunden oder 60 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurden die Membranen in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 60°C abgeschreckt.We put pouring pastes containing 15.4% by weight of PVDF HYLAR-461, 7.4% by weight of water and 77.2% by weight. DMF as a solvent contained. Two membrane samples were prepared using a squeegee with a 7 mil (178 μm) blade gap on a conveyor belt cast from polyethylene-coated paper. After pouring were the resulting membranes at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity exposed to air for either 10 seconds or 60 seconds. Subsequently were quenched the membranes in a water bath at a temperature of about 60 ° C.

Nach Koagulation wurden die Membranen mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membranen hydrophil zu machen, und anschließend luftgetrocknet. Die gewonnenen Membranen wurden in Lösungen von Polypropylencarbonat, die KOH 1 molar (pH ~ 14) enthielt, eingetaucht.To Coagulation, the membranes were washed with deionized water and subsequently with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membranes hydrophilic and then air dried. The recovered membranes were dissolved in solutions of polypropylene carbonate, the KOH 1 molar (pH ~ 14) contained immersed.

Nach der Gewinnung der Membranen aus dem Tauchbad bestand kein Anzeichen einer Verschlechterung oder eines Verlusts von Festigkeit der Membranen. Es wurde keine wesentliche Änderung von Zugfestigkeit und Dehnung festgestellt, wie in Tabelle VIII gezeigt. TABELLE VIII Expositionsdauer (Tage) Membrandicke (μm) Zugfestigkeit (g/cm2) Bruchdehnung (%) 1 30 725 77 7 30 700 85,7 14 30 748 69,2 22 30 783 84 After recovering the membranes from the dip, there was no evidence of degradation or loss of membrane strength. There was no significant change in tensile strength and elongation as shown in Table VIII. TABLE VIII Exposure duration (days) Membrane thickness (μm) Tensile strength (g / cm 2 ) Elongation at break (%) 1 30 725 77 7 30 700 85.7 14 30 748 69.2 22 30 783 84

BEISPIEL VIIIEXAMPLE VIII

Herstellung von asymmetrischen PVDF-MembranenProduction of asymmetric PVDF membranes

Wir stellten eine hoch asymmetrische PVDF-Membran aus einer Gießpaste her, die 14,8 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 18,8 Gew.-% t-Amylalkohol, 4,6 Gew.-% PVP K-30 (durch schnittliches M.W. ~ 45.000), 2,3 Gew.-% Wasser und 59,5 Gew-% DMF als Lösungsmittel enthielt. Die Probe wurde unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 12 mil (305 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Die Temperatur des Gießpastengemisches wurde stets zwischen 21°C und 35°C gehalten. Nach dem Gießen wurde die entstehende Membran bei 25 bis 27°C und 80 % relativer Feuchtigkeit 25 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurde die Membran in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 58°C abgeschreckt.We made a highly asymmetric PVDF membrane from a casting paste, the 14.8% by weight of PVDF HYLAR-461, 18.8% by weight of t-amyl alcohol, 4.6% by weight PVP K-30 (average M.W. ~ 45,000), 2.3 wt% water and 59.5% by weight DMF as solvent contained. The sample was coated using a squeegee Squeegee gap of 12 mils (305 μm) on a conveyor belt cast from polyethylene-coated paper. The temperature of the dope mix was always between 21 ° C and 35 ° C held. After casting The resulting membrane was at 25 to 27 ° C and 80% relative humidity 25 seconds over Exposed to the air. Subsequently The membrane was quenched in a water bath at a temperature of about 58 ° C.

Nach Koagulation wurde die Membran mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1 %igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membran hydrophil zu machen. Anschließend wurde die Membran bei etwa 70°C ofengetrocknet und bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe auf Wasserdurchlässigkeit getestet.To Coagulation, the membrane was washed with deionized water and subsequently with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membrane hydrophilic. Subsequently, the Membrane at about 70 ° C oven dried and at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk on water permeability tested.

Die resultierende Membran besaß eine Dicke von etwa 70 μm bis 100 μm. Oberfläche und Querschnitt der Membran wurden durch SEM untersucht. 4a und 4b zeigen die Ansicht der mikroporösen Oberfläche und die Querschnittsansicht der Membran. Wie aus der Querschnittsansicht (4a) ersichtlich wird, besitzt die Membran eine abgestufte Porenstruktur von der mikroporösen Oberfläche in und durch einen wesentlichen Teil der Unterstruktur der Membran. Eine solche abgestufte Porenstruktur zeigt klassische asymmetrische Struktur, in der eine graduelle Zunahme in der Porengröße von der mikroporösen Oberfläche in die Unterstruktur der Membran hinein besteht.The resulting membrane had a thickness of about 70 μm to 100 μm. Surface and cross section of the membrane were examined by SEM. 4a and 4b show the view of the microporous surface and the cross-sectional view of the membrane. As seen from the cross-sectional view ( 4a ), the membrane has a graded pore structure from the microporous surface in and through a substantial portion of the substructure of the membrane. Such a graded pore structure exhibits classical asymmetric structure in which there is a gradual increase in pore size from the microporous surface into the substructure of the membrane.

Wasserdurchfluss und die Porengröße sind in Tabelle IX gezeigt. TABELLE IX Proben ID Wasserdurchfluss (ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid) (68,95 kPad) Membranporengröße 8 750 0,45 μm Water flow and pore size are shown in Table IX. TABLE IX Samples ID Water flow (ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid) (68.95 kPad) Membrane pore size 8th 750 0.45 μm

BEISPIEL IXEXAMPLE IX

Herstellung einer asymmetrischen PVDF-MembranProducing an asymmetric PVDF membrane

Wir stellten eine hoch asymmetrische PVDF-Membran aus einer Gießpaste her, die 14,6 Gew.-% PVDF HYLAR-461, 18 Gew.-% t-Amylalkohol, 4,8 Gew.-% PVP K-30, 2,3 Gew.-% Wasser und 60,3 Gew.-% DMF als Lösungsmittel enthielt. Die Proben wurden unter Verwendung einer Rakel mit einem Rakelspalt von 9,5 mil (241,3 μm) auf ein Förderband aus Polyethylen-beschichtetem Papier gegossen. Nach dem Gießen wurde die entstehende Membran bei 25 bis 27°C und 100 % relativer Feuchtigkeit für 25 Sekunden gegenüber Luft exponiert. Anschließend wurde die Membran in einem Wasserbad mit einer Temperatur von etwa 50°C abgeschreckt.We made a highly asymmetric PVDF membrane from a casting paste, the 14.6% by weight of PVDF HYLAR-461, 18% by weight of t-amyl alcohol, 4.8% by weight PVP K-30, 2.3% by weight Water and 60.3 wt .-% DMF as solvent contained. The samples were made using a squeegee with a Squeegee gap of 9.5 mil (241.3 μm) on a conveyor belt cast from polyethylene-coated paper. After the casting was the resulting membrane at 25 to 27 ° C and 100% relative humidity for 25 Seconds over air exposed. Subsequently The membrane was placed in a water bath at a temperature of about Quenched 50 ° C.

Nach Koagulation wurde die Membran mit deionisiertem Wasser gewaschen und anschließend mit einer 0,1%igen wässrigen HPC-Lösung behandelt, um die Membran hydrophil zu machen. Danach wurde die Membran luftgetrocknet und bei 10 psid (68,95 kPad) auf einer 47-mm-Durchmesser-Scheibe auf die Wasserdurchlässigkeit getestet. Die mittlere Durchfluss-Porengröße wurde auch mit einem Coulter-Porometer bestimmt. Die resultierende Membran besaß eine Dicke zwischen 50 μm und 75 μm.To Coagulation, the membrane was washed with deionized water and subsequently with a 0.1% aqueous HPC solution treated to make the membrane hydrophilic. After that, the membrane became air dried and at 10 psid (68.95 kPad) on a 47 mm diameter disk on the water permeability tested. The mean flow pore size was also measured using a Coulter Porometer certainly. The resulting membrane had a thickness of between 50 μm and 75 μm.

Wasserdurchfluss und Porengröße sind in Tabelle X gezeigt. TABELLE X Proben ID Wasserdurchfluss (ml/min/9,5 cm2 bei 10 psid) (68,95 kPad) Membranporengröße 7 769 0,667 μm Water flow and pore size are shown in Table X. TABLE X Samples ID Water flow (ml / min / 9.5 cm 2 at 10 psid) (68.95 kPad) Membrane pore size 7 769 0.667 μm

BEISPIEL X Herstellung einer hydrophoben PVDF-MembranEXAMPLE X Preparation of a hydrophobic PVDF membrane

Wir stellten eine PVDF-Membran nach der Formulierung und der Vorgehensweise von Beispiel VIII her, wobei der einzige Unterschied in der fehlenden Nachbehandlung der Membran mit HPC bestand. Der Wasserdurchfluss und die Membran-Porengröße waren mit denjenigen, die in Tabelle IX angegeben sind, identisch. Allerdings erforderte die Membran ein Vorbenet zen mit einer 50%igen wässrigen Lösung von Isopropylalkohol. Andere vorbenetzende Lösungen die für erfindungsgemäße hydrophobe Membranen geeignet sind, umfassen Glycerin, Zonyl, Triton, PVP und HPC.We set up a PVDF membrane according to the formulation and procedure from example VIII, with the only difference being in the missing one Post-treatment of the membrane with HPC was. The water flow and the membrane pore size were identical to those given in Table IX. Indeed required the membrane to be pre-wetted with a 50% aqueous solution solution of isopropyl alcohol. Other pre-wetting solutions which are hydrophobic for the invention Suitable membranes include glycerol, zonyl, triton, PVP and HPC.

BEISPIEL XIEXAMPLE XI

Herstellung einer intern isotropen PVDF-MembranPreparation of an internally isotropic PVDF membrane

Wir stellten eine intern isotrope PVDF-Membran aus einer Gießpastenformulierung her, die derjenigen von Beispiel VIII entsprach, allerdings gossen wir die Membran mit einer Temperatur des Gießlösungsgemisches oberhalb von 35°C. 3a zeigt die Membran im Querschnitt, und die 3b und 3c zeigen die mikroporöse Oberfläche bzw. die gegenüberliegende Oberfläche. Wie aus der Querschnittsansicht (3a) ersichtlich wird, besitzt die Membran eine im Wesentlichen konstante Porenstruktur in einem zentralen Bereich zwischen einem dichten Bereich, angrenzend an die mikroporöse Oberfläche und einem Bereich der "gegenüberliegenden Haut", angrenzend an die gegenüberliegende Oberfläche der Membran. Diese im Wesentlichen konstante Porenstruktur ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen intern isotropen PVDF-Membran.We prepared an internally isotropic PVDF membrane from a slurry formulation similar to that of Example VIII, but we poured the membrane at a casting solution temperature above 35 ° C. 3a shows the membrane in cross section, and the 3b and 3c show the microporous surface or the opposite surface. As seen from the cross-sectional view ( 3a ), the membrane has a substantially constant pore structure in a central region between a dense region adjacent to the microporous surface and a region of the "opposite skin" adjacent to the opposite surface of the membrane. This substantially constant pore structure is a preferred embodiment of the internally isotropic PVDF membrane of the invention.

BEISPIEL XIIEXAMPLE XII

Eigenschaften von HYLAR-461 und KYNAR-761Properties of HYLAR-461 and KYNAR-761

Eine bevorzugte Form von PVDF ist unter dem Markennamen HYLAR-461 erhältlich. Eine weitere bevorzugte Form von PVDF ist unter dem Markennamen KYNAR-761 erhältlich. Die vorliegende Erfindung betrachtet Membranen, die unter Verwendung jeder geeigneten Form von PVDF gegossen wurden. Vorzugsweise verwendet die Erfindung HYLAR-461, KYNAR-761 oder ein im Wesentlichen ähnliches Material, das Eigenschaften entsprechend denjenigen, die in der folgenden Tabelle XI bereitgestellt sind, aufweist. TABELLE XI Eigenschaft HYLAR-461 KYNAR-761 spezifisches Gewicht 1,75–1,77 1,78 spezifisches Volumen 0,56–0,57 cc/g 0,56 cc/g Brechungsindex 1,42 Schmelzpunkt 311–320°F [155–180°C] 352°F [177,8°C] Formschrumpfung 2–3 % Wasserabsorption 0,04 % < 0,04 % (24 h) Zugfestigkeit 4.000–7.000 psi bei 77°F [27,58–41,37 Mpa bei 25°C] 2.000–3.000 psi bei 212°F [13,79–20,68 Mpa bei 100°C] Bruchdehnung 4.500–7.500 psi bei 77°F [31,03–51,71 Mpa bei 25°C] 2.500–3.500 psi bei 212°F [17,24–24,13 Mpa bei 100°C] 7.800 psi [53,78 MPa] Wärmeleitfähigkeit 0,70–0,87 BTU in/h ft2°F [0,10–0,13 Watt/m°C] 1,32 BTU in/h ft2°F [0,19 Watt/m°C] spezifische Wärme 0,30–0,34 BTU/lb/°F [1256,04–1423,51 J/kg°C] 0,23 BTU/lb/°F [962,96 J/kg°C] Schmelzviskosität 25.500–30.000 Poise bei 100/s und 450°F [2.550–3.000 Pa-s bei 100/s und 232,2°C] A preferred form of PVDF is available under the trade name HYLAR-461. Another preferred form of PVDF is available under the trade name KYNAR-761. The present invention contemplates membranes cast using any suitable form of PVDF. Preferably, the invention uses HYLAR-461, KYNAR-761, or a substantially similar material having properties corresponding to those provided in the following Table XI. TABLE XI property HYLAR461 KYNAR-761 specific weight 1.75 to 1.77 1.78 specific volume 0.56-0.57 cc / g 0.56 cc / g refractive index 1.42 - melting point 311-320 ° F [155-180 ° C] 352 ° F [177,8 ° C] mold shrinkage 2-3% - water absorption 0.04% <0.04% (24 h) tensile strenght 4,000-7,000 psi at 77 ° F [27.58-41.37 MPa at 25 ° C] 2,000-3,000 psi at 212 ° F [13.79-20.68 MPa at 100 ° C] - elongation 4,500-7,500 psi at 77 ° F [31,03-51.71 Mpa @ 25 ° C] 2,500-3,500 psi @ 212 ° F [17,24-24,13 Mpa @ 100 ° C] 7,800 psi [53.78 MPa] thermal conductivity 0.70-0.87 BTU in / h ft 2 ° F [0.10-0.13 Watt / m ° C] 1.32 BTU in / h ft 2 ° F [0.19 Watt / m ° C] Specific heat 0.30-0.34 BTU / lb / ° F [1256.04-1423.51 J / kg ° C] 0.23 BTU / lb / ° F [962.96 J / kg ° C] melt viscosity 25,500-30,000 poise at 100 / s and 450 ° F [2,550-3,000 Pa-s at 100 / s and 232.2 ° C] -

Claims (18)

Verfahren zur Herstellung einer Polyvinylidendifluoridmembran, umfassend die Schritte: Bereitstellung einer Gießpaste, die etwa 12 bis etwa 20 Gew.-% Polyvinylidendifluorid und 1 bis 30 Gew.-% eines in einem Lösungsmittel gelösten hydrophilen Polymers umfasst; Gießen der Paste, um einen dünnen Film zu bilden, wobei die Temperatur des Dotierungsmittels unter 21°C oder über 35°C liegt; Einwirkenlassen von feuchter Luft auf den dünnen Film für einen Zeitraum von 5 Sekunden bis 120 Sekunden, wobei die feuchte Luft eine relative Luftfeuchtigkeit von 60 bis 100 % hat; Koagulieren des Films in einem Wasserbad, wobei eine Temperatur des Wasserbades 40 bis 70°C beträgt; und Gewinnen einer ausgebildeten mikroporösen Polyvinylidendifluorid-Polymermembran, wobei die Membran eine mikroporöse Oberfläche mit minimalen Poren, eine gegenüberliegende Oberfläche mit maximalen Poren und einen aus faserigen Geweben aus Polymermaterial gebildeten porösen Träger umfasst, wobei der poröse Träger einen isotropen Bereich über mindestens etwa 80 % der Dicke der Membran aufweist.Process for the preparation of a polyvinylidene difluoride membrane, comprising the steps: Providing a pouring paste, the about 12 to about 20 wt .-% polyvinylidene difluoride and 1 to 30% by weight of one in a solvent dissolved hydrophilic polymer; Pour the paste to a thin film with the temperature of the dopant being below 21 ° C or above 35 ° C; Let absorb of moist air on the thin Movie for a period of 5 seconds to 120 seconds, with the wet Air has a relative humidity of 60 to 100%; Coagulate of the film in a water bath, wherein a temperature of the water bath 40 to 70 ° C is; and Obtaining a formed microporous polyvinylidene difluoride polymer membrane, wherein the membrane is a microporous surface with minimal pores, one opposite surface with maximum pores and one of fibrous webs of polymeric material formed porous carrier wherein the porous support comprises a isotropic area over at least about 80% of the thickness of the membrane. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die feuchte Luft eine relative Luftfeuchtigkeit von Wasser von 100 % hat.The method of claim 1, wherein the moist air has a relative humidity of water of 100%. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Einwirkungsschritt 10 Sekunden bis 1 Minute dauert.The method of claim 1 or 2, wherein the exposing step 10 seconds to 1 minute lasts. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das hydrophile Polymer Polyvinylpyrrolidon umfasst.A method according to any one of claims 1 to 3, wherein the hydrophilic polymer is polyvinylpyrrolidone summarizes. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Polyvinylpyrrolidon ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 45.000 Dalton aufweist.The method of claim 5, wherein the polyvinylpyrrolidone has an average molecular weight of about 45,000 daltons. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem das Polyvinylpyrrolidon ein durchschnittliches Molekulargewicht von etwa 9.000 Dalton aufweist.The method of claim 5, wherein the polyvinylpyrrolidone has an average molecular weight of about 9,000 daltons. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das außerdem den Schritt des In-Kontakt-Bringens der Membran mit einem Benetzungsmittel umfasst, wodurch die Membran hydrophil gemacht wird.Method according to one of claims 1 to 6, further comprising the Step of getting in touch comprising the membrane with a wetting agent, whereby the membrane made hydrophilic. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Benetzungsmittel Hydroxypropylcellulose umfasst.The method of claim 7, wherein the wetting agent Hydroxypropylcellulose includes. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem das Benetzungsmittel ein Tensid umfasst.The method of claim 7, wherein the wetting agent includes a surfactant. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Membran eine Hohlfaser ist.Method according to one of claims 1 to 9, wherein the membrane a hollow fiber. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das außerdem den Schritt des Laminierens eines Trägermaterials auf die Membran umfasst.A method according to any one of claims 1 to 10, further comprising Step of laminating a substrate on the membrane. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Trägermaterial ein Polymervliesgewebe umfasst.The method of claim 11, wherein the substrate comprises a polymer nonwoven fabric. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die minimalen Poren der mikroporösen Oberfläche einen ersten durchschnittlichen Durchmesser und die maximalen Poren der gegenüberliegenden Oberfläche einen zweiten durchschnittlichen Durchmesser aufweisen, wobei das Verhältnis des zweiten durchschnittlichen Durchmessers zum ersten durchschnittlichen Durchmesser 5 zu 500 beträgt.Method according to one of claims 1 to 12, wherein the minimum Pores of the microporous surface a first average diameter and maximum pores the opposite surface have a second average diameter, wherein the relationship of the second average diameter to the first average Diameter is 5 to 500. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem die Membran eine Fließgeschwindigkeit von Wasser von 25 cm/min bei 10 psid (68,95 kPad) bis 500 cm/min bei 10 psid (68,95 kPad) hat.Method according to one of claims 1 to 13, wherein the membrane a flow rate from 25 cm / min at 10 psid (68.95 kPad) to 500 cm / min at 10 psid (68.95 kPad). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem eine Dicke der Membran weniger als 140 μm beträgt.Method according to one of claims 1 to 14, wherein a Thickness of the membrane is less than 140 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem eine Dicke der Membran weniger als 75 μm beträgt.Method according to one of claims 1 to 15, wherein a Thickness of the membrane is less than 75 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, bei dem eine Dicke der Membran weniger als 70 μm beträgt.Method according to one of claims 1 to 16, wherein a Thickness of the membrane is less than 70 microns. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, bei dem eine Dicke der Membran weniger als 30 μm beträgt.Method according to one of claims 1 to 17, wherein a Thickness of the membrane is less than 30 microns.
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